JP7459371B2 - Carbon nanotube dispersion liquid for lithium ion battery electrodes - Google Patents
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Description
本発明は、リチウムイオン電池電極用カーボンナノチューブ分散液に関する。
本願は、2021年7月13日に、日本に出願された特願2021-115519号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
The present invention relates to a carbon nanotube dispersion for lithium ion battery electrodes.
This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2021-115519 filed in Japan on July 13, 2021, the contents of which are incorporated herein.
リチウムイオン二次電池は、二次電池の一種であって、電解質中のリチウムイオンが電気伝導を担う二次電池である。リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が高いこと、充電エネルギーの保持特性が優れていること、見た目上の容量が減るいわゆるメモリー現象が小さいこと等の優れた特性を有する。従って、リチウムイオン二次電池は、携帯電話、スマートフォン、パーソナルコンピュータ、ハイブリッド自動車、電気自動車等の幅広い分野で使用されている。
ここで、リチウムイオン二次電池は、主に正極板、負極板等を備えている。上記正極板及び負極板は、電極芯材(集電体とも言う)の表面に電極層(電極合材層)が形成されたものである。当該電極層は、導電助剤(カーボンナノチューブ等)、バインダー及び溶媒を含むカーボンナノチューブ分散液に電極活物質を混和した分散液を電極芯材の表面に塗布し、これを乾燥することで製造することができる。
上記のように電極層の製造は、電極芯材の表面に、電極活物質を含有するリチウムイオン電池電極用リチウムイオン電池電極用カーボンナノチューブ分散液を塗布することにより行われるため、カーボンナノチューブ分散液は、低粘度であることが求められる。
かかる状況の下、特許文献1では、アニオン性界面活性剤(A)、ノニオン性界面活性剤(B)およびアニオン性界面活性剤(A)とは異なる化合物であるアニオン性界面活性剤(C)を含有する水溶液中で、多層カーボンナノチューブが分散していることを特徴とする多層カーボンナノチューブ水分散液が開示されている。また、特許文献2は(a)多糖類と、(b)カーボンナノチューブと、(c)パーフルオロアルキル基を有する水溶性化合物とからなるカーボンナノチューブ水分散液が開示されている。
A lithium ion secondary battery is a type of secondary battery in which lithium ions in an electrolyte are responsible for electrical conduction. Lithium ion secondary batteries have excellent properties such as high energy density, excellent charge energy retention characteristics, and small so-called memory phenomenon that reduces apparent capacity. Therefore, lithium ion secondary batteries are used in a wide range of fields such as mobile phones, smartphones, personal computers, hybrid cars, and electric cars.
Here, a lithium ion secondary battery mainly includes a positive electrode plate, a negative electrode plate, and the like. The above-mentioned positive electrode plate and negative electrode plate have an electrode layer (electrode composite material layer) formed on the surface of an electrode core material (also referred to as a current collector). The electrode layer is manufactured by applying a dispersion in which an electrode active material is mixed with a carbon nanotube dispersion containing a conductive aid (carbon nanotubes, etc.), a binder, and a solvent onto the surface of an electrode core material, and drying the dispersion. be able to.
As mentioned above, the electrode layer is manufactured by applying a carbon nanotube dispersion for lithium ion battery electrodes containing an electrode active material to the surface of the electrode core material. is required to have low viscosity.
Under such circumstances, Patent Document 1 discloses an anionic surfactant (A), a nonionic surfactant (B), and an anionic surfactant (C) which is a compound different from the anionic surfactant (A). Disclosed is a multi-walled carbon nanotube aqueous dispersion characterized in that multi-walled carbon nanotubes are dispersed in an aqueous solution containing. Further, Patent Document 2 discloses an aqueous carbon nanotube dispersion comprising (a) a polysaccharide, (b) carbon nanotubes, and (c) a water-soluble compound having a perfluoroalkyl group.
しかしながら、これらの発明はカーボンナノチューブの分散性または貯蔵安定性が劣る場合があり、分散剤を大量に配合すると電池性能(内部抵抗、容量)に影響してしまうためその配合量には制限がある。従って、少ない配合量で導電ペーストの粘度を低下させることができる分散剤が所望されている。 However, in these inventions, the dispersibility or storage stability of carbon nanotubes may be poor, and if a large amount of dispersant is added, it will affect battery performance (internal resistance, capacity), so there is a limit to the amount of dispersant added. . Therefore, there is a need for a dispersant that can reduce the viscosity of a conductive paste with a small amount.
本発明が解決すべき課題は、分散樹脂の配合量が比較的少なくても塗布しやすい粘度を有するリチウムイオン電池電極用カーボンナノチューブ分散液を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a carbon nanotube dispersion for lithium ion battery electrodes that has a viscosity that makes it easy to apply even when the amount of dispersion resin blended is relatively small.
かかる状況の下、本発明者らは鋭意検討した結果、極性官能基含有樹脂(a)を一定量含む分散樹脂(A)を用いることにより上記課題を解決できることを見出した。本発明はかかる新規の知見に基づくものである。
従って、本発明は以下の項を提供する。
[1] 分散樹脂(A)、カーボンナノチューブ(B)、及び水を含有するカーボンナノチューブ分散液であって、前記分散樹脂(A)が、極性官能基含有樹脂(a)を含有することを特徴とするリチウムイオン電池電極用カーボンナノチューブ分散液。
[2] 前記極性官能基含有樹脂(a)が、イオン性ポリビニルアルコール樹脂(a1)及び/又はカルボキシメチルセルロース類(a2)であることを特徴とする[1]に記載のリチウムイオン電池電極用カーボンナノチューブ分散液。
[3] 前記イオン性ポリビニルアルコール樹脂(a1)が、スルホン酸変性ポリビニルアルコール樹脂(a1-1)及び/又はカルボン酸変性ポリビニルアルコール樹脂(a1-2)であることを特徴とする[2]に記載のリチウムイオン電池電極用カーボンナノチューブ分散液。
[4] 前記イオン性ポリビニルアルコール樹脂(a1)が、スルホン酸変性ポリビニルアルコール樹脂(a1-1)であって、該スルホン酸変性ポリビニルアルコール樹脂(a1-1)におけるスルホン酸基を有するモノマー単位の含有割合が、前記イオン性ポリビニルアルコール樹脂(a1)を構成するモノマー単位の総質量に対し、0.1~30質量%であることを特徴とする[3]に記載のリチウムイオン電池電極用カーボンナノチューブ分散液。
[5] 前記イオン性ポリビニルアルコール樹脂(a1)のケン化度が50~100mol%であることを特徴とする[2]に記載のリチウムイオン電池電極用カーボンナノチューブ分散液。
[6] 前記カーボンナノチューブ(B)のBET比表面積が50~1800m2/gであり、カーボンナノチューブ(B)のラマンスペクトルにおいて、1560~1600cm-1の範囲内での最大ピーク強度をG、1310~1350cm-1の範囲内での最大ピーク強度をDとした際のG/D比が5~200であることを特徴とする[1]に記載のリチウムイオン電池電極用カーボンナノチューブ分散液。
[7] インピーダンス測定により得られる、縦軸にリアクタンス、横軸に周波数をプロットしたBodeプロットにおいて、周波数170~600kHzの範囲にリアクタンスの極小値が存在し、周波数170~600kHzの範囲に存在する前記リアクタンスの最小値が、周波数1kHzにおけるリアクタンスの値の1.8倍以上である、[1]に記載のリチウムイオン電池電極用カーボンナノチューブ分散液。
[8] 分散樹脂(A)、カーボンナノチューブ(B)、及び水を含有するカーボンナノチューブ分散液であって、
前記分散樹脂(A)が、極性官能基含有樹脂(a)を含有することを特徴とするカーボンナノチューブ分散液であり、
インピーダンス測定により得られる、縦軸にリアクタンス、横軸に周波数をプロットしたBodeプロットにおいて、周波数170~600kHzの範囲に前記リアクタンスの極小値が存在する、リチウムイオン電池電極用カーボンナノチューブ分散液。
[9] 前記インピーダンス測定により得られる、縦軸にリアクタンス、横軸に周波数をプロットしたBodeプロットにおいて、周波数170~600kHzの範囲にリアクタンスの極小値が存在し、周波数170~600kHzの範囲に存在する前記リアクタンスの最小値が、周波数1kHzにおけるリアクタンスの値の1.8倍以上である、[8]に記載のリチウムイオン電池電極用カーボンナノチューブ分散液。
[10] [1]~[9]のいずれか1項に記載のカーボンナノチューブ分散液に、さらに電極活物質を配合してなるリチウムイオン電池電極用カーボンナノチューブ分散液。
[11] [10]に記載のカーボンナノチューブ分散液から形成されるリチウムイオン電池用電極層。
[12] [11]に記載のリチウムイオン電池用電極層と、金属集電体と、を有するリチウムイオン電池用電極。
[13] [12]に記載のリチウムイオン電池用電極を正極及び/又は負極に有するリチウムイオン電池。
[14] [12]に記載のリチウムイオン電池用電極を正極に有するリチウムイオン電池。
Under such circumstances, the present inventors have conducted extensive research and found that the above problems can be solved by using a dispersion resin (A) containing a certain amount of a polar functional group-containing resin (a). The present invention is based on this novel finding.
Thus, the present invention provides the following:
[1] A carbon nanotube dispersion liquid for use in a lithium ion battery electrode, comprising a dispersion resin (A), carbon nanotubes (B), and water, wherein the dispersion resin (A) contains a polar functional group-containing resin (a).
[2] The carbon nanotube dispersion for a lithium ion battery electrode according to [1], characterized in that the polar functional group-containing resin (a) is an ionic polyvinyl alcohol resin (a1) and/or a carboxymethyl cellulose (a2).
[3] The carbon nanotube dispersion for a lithium ion battery electrode according to [2], characterized in that the ionic polyvinyl alcohol resin (a1) is a sulfonic acid-modified polyvinyl alcohol resin (a1-1) and/or a carboxylic acid-modified polyvinyl alcohol resin (a1-2).
[4] The carbon nanotube dispersion for a lithium ion battery electrode according to [3], characterized in that the ionic polyvinyl alcohol resin (a1) is a sulfonic acid-modified polyvinyl alcohol resin (a1-1), and the content ratio of a monomer unit having a sulfonic acid group in the sulfonic acid-modified polyvinyl alcohol resin (a1-1) is 0.1 to 30 mass% relative to the total mass of the monomer units constituting the ionic polyvinyl alcohol resin (a1).
[5] The carbon nanotube dispersion for a lithium ion battery electrode according to [2], characterized in that the saponification degree of the ionic polyvinyl alcohol resin (a1) is 50 to 100 mol %.
[6] The carbon nanotube dispersion for a lithium ion battery electrode according to [1], characterized in that the BET specific surface area of the carbon nanotubes (B) is 50 to 1800 m 2 /g, and in a Raman spectrum of the carbon nanotubes ( B ), the G/D ratio is 5 to 200, where G is the maximum peak intensity in the range of 1560 to 1600 cm -1 and D is the maximum peak intensity in the range of 1310 to 1350 cm -1.
[7] The carbon nanotube dispersion for a lithium ion battery electrode according to [1], wherein in a Bode plot obtained by impedance measurement, in which reactance is plotted on the vertical axis and frequency is plotted on the horizontal axis, a minimum value of reactance exists in a frequency range of 170 to 600 kHz, and the minimum value of reactance existing in the frequency range of 170 to 600 kHz is 1.8 times or more the reactance value at a frequency of 1 kHz.
[8] A carbon nanotube dispersion liquid containing a dispersion resin (A), carbon nanotubes (B), and water,
The carbon nanotube dispersion liquid is characterized in that the dispersion resin (A) contains a polar functional group-containing resin (a),
A carbon nanotube dispersion for a lithium ion battery electrode, in which a Bode plot obtained by impedance measurement, in which reactance is plotted on the vertical axis and frequency is plotted on the horizontal axis, has a minimum value of the reactance in a frequency range of 170 to 600 kHz.
[9] The carbon nanotube dispersion for a lithium ion battery electrode according to [8], wherein in a Bode plot obtained by the impedance measurement, in which reactance is plotted on the vertical axis and frequency is plotted on the horizontal axis, a minimum value of reactance exists in a frequency range of 170 to 600 kHz, and the minimum value of reactance existing in the frequency range of 170 to 600 kHz is 1.8 times or more the reactance value at a frequency of 1 kHz.
[10] A carbon nanotube dispersion for a lithium ion battery electrode, comprising the carbon nanotube dispersion according to any one of [1] to [9], and further comprising an electrode active material.
[11] An electrode layer for a lithium ion battery formed from the carbon nanotube dispersion liquid according to [10].
[12] A lithium ion battery electrode comprising the lithium ion battery electrode layer according to [11] and a metal current collector.
[13] A lithium ion battery having the lithium ion battery electrode according to [12] as a positive electrode and/or a negative electrode.
[14] A lithium ion battery having the lithium ion battery electrode according to [12] as a positive electrode.
本発明のリチウムイオン電池電極用カーボンナノチューブ分散液に配合される分散樹脂(A)は、従来リチウムイオン電池電極用カーボンナノチューブ分散液に用いられていた顔料分散樹脂よりも比較的少ない配合量で充分にペーストの粘度を低下させることができ、貯蔵安定性も良好である。The dispersion resin (A) incorporated in the carbon nanotube dispersion liquid for lithium ion battery electrodes of the present invention can sufficiently reduce the viscosity of the paste with a relatively smaller amount than the pigment dispersion resins conventionally used in carbon nanotube dispersion liquids for lithium ion battery electrodes, and also has good storage stability.
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。
なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形例も含むものとして理解されるべきである。
また、本明細書において、「リチウムイオン電池電極用カーボンナノチューブ分散液」を「カーボンナノチューブ分散液」、「カーボンナノチューブ」を「CNT」と短縮して記載する場合がある。
EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the form for implementing this invention is demonstrated in detail.
It should be noted that the present invention is not limited to the following embodiments, but should be understood to include various modifications that may be implemented without departing from the gist of the present invention.
Furthermore, in this specification, "carbon nanotube dispersion for lithium ion battery electrodes" may be abbreviated as "carbon nanotube dispersion" and "carbon nanotubes" may be abbreviated as "CNT".
≪リチウムイオン電池電極用カーボンナノチューブ分散液≫
本発明は、分散樹脂(A)、カーボンナノチューブ(B)、及び水を含有するカーボンナノチューブ分散液であって、分散樹脂(A)が、極性官能基含有樹脂(a)を含有するリチウムイオン電池電極用カーボンナノチューブ分散液である。
なお、本願の「カーボンナノチューブ分散液」は、溶媒として水を必ず含有するため「カーボンナノチューブ水分散液」と言い換えることもできる。
<Carbon nanotube dispersion for lithium-ion battery electrodes>
The present invention is a carbon nanotube dispersion liquid for use in a lithium ion battery electrode, which contains a dispersion resin (A), carbon nanotubes (B), and water, wherein the dispersion resin (A) contains a polar functional group-containing resin (a).
In addition, the "carbon nanotube dispersion" in the present application can also be called "carbon nanotube aqueous dispersion" since it necessarily contains water as a solvent.
<分散樹脂(A)>
本発明で用いることができる分散樹脂(A)は、極性官能基含有樹脂(a)を含有する。
<Dispersion Resin (A)>
The dispersing resin (A) that can be used in the present invention contains a polar functional group-containing resin (a).
<極性官能基含有樹脂(a)>
上記極性官能基含有樹脂(a)としては、高極性の官能基を含有する樹脂であり、極性官能基としては、イオン性及び/又はノニオン性の官能基である。イオン性官能基としては、例えば、スルホン酸基、カルボキシル基、硫酸基、ホスホン酸基、リン酸基、ホスフィン酸基、メルカプト基等の酸性官能基、一級、二級及び三級アミノ基、アンモニウム基、イミノ基、並びに、ピリジン、ピリミジン、ピラジン、イミダゾール、トリアゾール等の含窒素ヘテロ環基等の塩基性官能基が挙げられる。ノニオン性官能基としては、例えば、アミド基、ポリオキシアルキレン基、ピロリドン基などが挙げられる。
なかでも、極性官能基含有樹脂(a)としては、イオン性極性官能基含有樹脂(a)が好ましく、イオン性ポリビニルアルコール樹脂(a1)及び/又はカルボキシメチルセルロース類(a2)がより好ましく、カルボキシメチルセルロース類(a2)がさらに好ましい。
<Polar Functional Group-Containing Resin (a)>
The polar functional group-containing resin (a) is a resin containing a highly polar functional group, and the polar functional group is an ionic and/or nonionic functional group.The ionic functional group may be, for example, an acidic functional group such as a sulfonic acid group, a carboxyl group, a sulfate group, a phosphonic acid group, a phosphoric acid group, a phosphinic acid group, or a mercapto group, or a basic functional group such as a primary, secondary, or tertiary amino group, an ammonium group, an imino group, or a nitrogen-containing heterocyclic group such as pyridine, pyrimidine, pyrazine, imidazole, or triazole.The nonionic functional group may be, for example, an amide group, a polyoxyalkylene group, or a pyrrolidone group.
Among them, as the polar functional group-containing resin (a), an ionic polar functional group-containing resin (a) is preferred, an ionic polyvinyl alcohol resin (a1) and/or a carboxymethyl cellulose (a2) is more preferred, and a carboxymethyl cellulose (a2) is even more preferred.
[イオン性ポリビニルアルコール樹脂(a1)]
上記イオン性ポリビニルアルコール樹脂(a1)としては、前述のイオン性官能基を有するポリビニルアルコール樹脂である。なかでも、イオン性官能基として酸性官能基を有することが好ましく、スルホン酸基又はカルボキシル基を有することがより好ましく、スルホン酸基を有することが特に好ましい。
上記酸性官能基は遊離の酸の形であっても、あるいはナトリウム塩やカリウム塩等のアルカリ金属塩、アンモニウム塩等の形であってもよい。
イオン性ポリビニルアルコール樹脂(a1)としては、スルホン酸変性ポリビニルアルコール樹脂(a1-1)及び/又はカルボン酸変性ポリビニルアルコール樹脂(a1-2)が好ましく、スルホン酸変性ポリビニルアルコール樹脂(a1-1)がより好ましい。
[Ionic polyvinyl alcohol resin (a1)]
The ionic polyvinyl alcohol resin (a1) is the aforementioned polyvinyl alcohol resin having an ionic functional group. Among these, it is preferable to have an acidic functional group as the ionic functional group, more preferably to have a sulfonic acid group or a carboxyl group, and particularly preferably to have a sulfonic acid group.
The acidic functional group may be in the form of a free acid, or an alkali metal salt such as a sodium salt or potassium salt, or an ammonium salt.
The ionic polyvinyl alcohol resin (a1) is preferably a sulfonic acid-modified polyvinyl alcohol resin (a1-1) and/or a carboxylic acid-modified polyvinyl alcohol resin (a1-2), and the sulfonic acid-modified polyvinyl alcohol resin (a1-1) is more preferable.
(スルホン酸変性ポリビニルアルコール樹脂(a1-1))
上記スルホン酸変性ポリビニルアルコール樹脂(a1-1)は、例えば、以下の方法で製造することができる。
(1)スルホン酸基及び重合性不飽和基を含有する化合物と、酢酸ビニル等の脂肪酸ビニルエステルとを共重合し、得られる重合体を更にケン化する方法。
(2)ビニルスルホン酸、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸等をポリビニルアルコールにマイケル付加させる方法。
(3)ポリビニルアルコールを硫酸化合物溶液(硫酸水溶液や亜硫酸ナトリウム水溶液等)で加熱する方法。
(4)ポリビニルアルコールをスルホン酸基含有アルデヒド化合物でアセタール化する方法。
(5)スルホン酸基を有するアルコール、アルデヒド及びチオール等の官能基を有する化合物を連鎖移動剤として共存させ、ポリビニルアルコールの重合をする方法。
(Sulfonic acid modified polyvinyl alcohol resin (a1-1))
The sulfonic acid-modified polyvinyl alcohol resin (a1-1) can be produced, for example, by the following method.
(1) A method of copolymerizing a compound containing a sulfonic acid group and a polymerizable unsaturated group with a fatty acid vinyl ester such as vinyl acetate, and further saponifying the resulting polymer.
(2) A method of Michael addition of vinylsulfonic acid, 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, etc. to polyvinyl alcohol.
(3) A method of heating polyvinyl alcohol with a sulfuric acid compound solution (sulfuric acid aqueous solution, sodium sulfite aqueous solution, etc.).
(4) A method of acetalizing polyvinyl alcohol with a sulfonic acid group-containing aldehyde compound.
(5) A method of polymerizing polyvinyl alcohol by allowing a compound having a functional group such as an alcohol having a sulfonic acid group, an aldehyde, and a thiol to coexist as a chain transfer agent.
いずれの製造方法でも好適に用いることができるが、特に(1)のスルホン酸基及び重合性不飽和基を含有する化合物と酢酸ビニル等の脂肪酸ビニルエステルとを共重合し、得られる重合体を更にケン化する方法が好ましい。
上記スルホン酸基及び重合性不飽和基を含有する化合物としては、脂肪酸ビニルエステルと共重合が可能な化合物であれば特に制限なく用いることができ、具体的には、例えば、ビニルスルホン酸、イソプレンスルホン酸、エチレンスルホン酸、アリルスルホン酸、メタアリルスルホン酸等のオレフィンスルホン酸;ナトリウムスルホプロピル2-エチルヘキシルマレート、ナトリウムスルホプロピルトリデシルマレート、ナトリウムスルホプロピルエイコシルマレート等のスルホアルキルマレート;2-(メタ)アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸、N-スルホイソブチレンアクリルアミドナトリウム等のスルホアルキル(メタ)アクリルアミド;3-メタクリロイルオキシプロパンスルホン酸、4-メタクリロイルオキシブタンスルホン酸、3-メタクリロイルオキシ-2-ヒドロキシプロパンスルホン酸、3-アクリロイルオキシプロパンスルホン酸、スルホエチル(メタ)アクリレート、メタクリル酸ナトリウム-4-スチレンスルホネート、ナトリウム2-スルホエチルアクリレート等のスルホアルキル(メタ)アクリレート;アリルオキシベンゼンスルホン酸、メタアリルオキシベンゼンスルホン酸、スチレンスルホン酸、オレイル2-ヒドロキシ-〔3-アリルオキシ〕-プロピルスルホサクシネートアンモニウム塩等が挙げられ、これらは1種を単独で又は2種以上を併用して用いることができる。
Although any of the production methods can be suitably used, in particular, the polymer obtained by copolymerizing the compound containing a sulfonic acid group and a polymerizable unsaturated group (1) with a fatty acid vinyl ester such as vinyl acetate, Furthermore, a method of saponification is preferred.
As the compound containing a sulfonic acid group and a polymerizable unsaturated group, any compound that can be copolymerized with a fatty acid vinyl ester can be used without particular restriction.Specifically, examples include vinyl sulfonic acid, isoprene, Olefin sulfonic acids such as sulfonic acid, ethylene sulfonic acid, allyl sulfonic acid, and meta-allylsulfonic acid; sulfoalkyl maleates such as sodium sulfopropyl 2-ethylhexyl maleate, sodium sulfopropyl tridecyl maleate, and sodium sulfopropyleicosyl maleate; Sulfoalkyl (meth)acrylamides such as 2-(meth)acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid and sodium N-sulfoisobutylene acrylamide; 3-methacryloyloxypropanesulfonic acid, 4-methacryloyloxybutanesulfonic acid, 3-methacryloyloxy- Sulfoalkyl (meth)acrylates such as 2-hydroxypropanesulfonic acid, 3-acryloyloxypropanesulfonic acid, sulfoethyl (meth)acrylate, sodium methacrylate-4-styrene sulfonate, sodium 2-sulfoethyl acrylate; allyloxybenzenesulfonic acid , methalyloxybenzenesulfonic acid, styrenesulfonic acid, oleyl 2-hydroxy-[3-allyloxy]-propylsulfosuccinate ammonium salt, etc., and these may be used alone or in combination of two or more. be able to.
スルホン酸変性ポリビニルアルコール樹脂中におけるスルホン酸基を有する重合性不飽和モノマー単位の含有割合は、スルホン酸変性ポリビニルアルコール樹脂を構成するモノマー単位の総質量に対し、0.1~30質量%が好ましく、より好ましくは0.2~10質量%である。 The content of the polymerizable unsaturated monomer unit having a sulfonic acid group in the sulfonic acid-modified polyvinyl alcohol resin is preferably 0.1 to 30% by mass based on the total mass of the monomer units constituting the sulfonic acid-modified polyvinyl alcohol resin. , more preferably 0.2 to 10% by mass.
本発明において、「樹脂(a1-1)におけるスルホン酸基を有するモノマー単位の含有割合」とは、樹脂(a1-1)の原料となるモノマー混合物中のスルホン酸基を有するモノマーの含有割合を意味する。従って、樹脂(a1-1)中のスルホン酸基を有するモノマーの含有割合が、前記樹脂(a1-1)を構成するモノマー単位の総質量に対し、0.1~30質量%である、とは、樹脂(a1-1)が、原料モノマーの総質量に対し、スルホン酸基を有するモノマーを0.1~30質量%含む原料モノマーの共重合体であることを意味する。同様に、「樹脂Y中のモノマー単位Xの含有割合」とは、樹脂Yの原料となるモノマー混合物中のモノマーXの含有割合を意味する。従って、樹脂Y中の重合性不飽和基含有モノマー単位Xの含有割合が、前記樹脂Yを構成するモノマー単位の総質量に対し、a質量%である、とは、樹脂Yが、原料モノマーの総質量に対し、モノマーXをa質量%含む原料モノマーの共重合体であることを意味する。また、ケン化により加水分解した場合はケン化後の質量に換算する。 In the present invention, the "content ratio of monomer units having sulfonic acid groups in resin (a1-1)" refers to the content ratio of monomer units having sulfonic acid groups in the monomer mixture that is the raw material for resin (a1-1). means. Therefore, the content of the monomer having a sulfonic acid group in the resin (a1-1) is 0.1 to 30% by mass based on the total mass of monomer units constituting the resin (a1-1). means that the resin (a1-1) is a copolymer of raw material monomers containing 0.1 to 30% by mass of a monomer having a sulfonic acid group based on the total mass of the raw material monomers. Similarly, "the content of monomer units X in resin Y" means the content of monomer X in the monomer mixture that is the raw material for resin Y. Therefore, the content ratio of the polymerizable unsaturated group-containing monomer units X in the resin Y is a mass% with respect to the total mass of the monomer units constituting the resin Y. It means that it is a copolymer of raw material monomers containing a mass % of monomer X based on the total mass. In addition, when hydrolyzed by saponification, it is converted to the mass after saponification.
上記スルホン酸基及び重合性不飽和基を含有する化合物と共重合する脂肪酸ビニルエステルとしては、例えば、ギ酸ビニル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、カプリン酸ビニル、カプリル酸ビニル、カプロン酸ビニル、ラウリン酸ビニル、ミリスチン酸ビニル、パルミチン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、ピバリン酸ビニル、オクチル酸ビニル、モノクロロ酸ビニル、安息香酸ビニル、桂皮酸ビニル、クロトン酸ビニル、アジピン酸ジビニル、及びその誘導体が挙げられ、これらは1種を単独で又は2種以上を併用して用いることができる。なかでも酢酸ビニルが好ましい。Examples of fatty acid vinyl esters that copolymerize with the above-mentioned compounds containing sulfonic acid groups and polymerizable unsaturated groups include vinyl formate, vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butyrate, vinyl caprate, vinyl caprylate, vinyl caproate, vinyl laurate, vinyl myristate, vinyl palmitate, vinyl stearate, vinyl pivalate, vinyl octylate, vinyl monochloroate, vinyl benzoate, vinyl cinnamate, vinyl crotonate, divinyl adipate, and derivatives thereof, which may be used alone or in combination of two or more. Of these, vinyl acetate is preferred.
その他の共重合可能な重合性不飽和モノマーとしては、例えば、エチレン、プロピレン等のオレフィン系モノマー;アルキル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリロイル基含有モノマー;アリルグリシジルエーテル等のアリルエーテル;塩化ビニル、塩化ビニリデン、フッ化ビニル等のハロゲン化ビニル系化合物;アルキルビニルエーテル、4-ヒドロキシビニルエーテル等のビニルエーテル等が挙げられる。これらは1種を単独で又は2種以上を併用して用いることができる。 Other copolymerizable polymerizable unsaturated monomers include, for example, olefinic monomers such as ethylene and propylene; Acryloyl group-containing monomers; allyl ethers such as allyl glycidyl ether; halogenated vinyl compounds such as vinyl chloride, vinylidene chloride, vinyl fluoride; and vinyl ethers such as alkyl vinyl ethers and 4-hydroxy vinyl ethers. These can be used alone or in combination of two or more.
スルホン酸変性ポリビニルアルコール樹脂(a1-1)の重合度としては、100~4,000であることが好ましく、100~3,000であることがより好ましい。
なお、本明細書において、重合度は、樹脂の分子量を基に算出することができる。
上記分子量としては、ゲルパーミエーションクロマトグラフ(GPC)を用いて測定した保持時間(保持容量)を、同一条件で測定した分子量既知の標準ポリスチレンの保持時間(保持容量)によりポリスチレンの分子量に換算して求めた値である。具体的には、ゲルパーミュエーションクロマトグラフとして、「HLC8120GPC」(商品名、東ソー社製)を使用し、カラムとして、「TSKgel G-4000HXL」、「TSKgel G-3000HXL」、「TSKgel G-2500HXL」および「TSKgel G-2000HXL」(商品名、いずれも東ソー社製)の4本を使用し、移動相テトラヒドロフラン、測定温度40℃、流速1mL/minおよび検出器RIの条件下で測定することができる。
The polymerization degree of the sulfonic acid-modified polyvinyl alcohol resin (a1-1) is preferably from 100 to 4,000, and more preferably from 100 to 3,000.
In this specification, the degree of polymerization can be calculated based on the molecular weight of the resin.
The molecular weight is a value obtained by converting the retention time (retention volume) measured using a gel permeation chromatograph (GPC) into the molecular weight of polystyrene using the retention time (retention volume) of a standard polystyrene with a known molecular weight measured under the same conditions. Specifically, the gel permeation chromatograph is "HLC8120GPC" (trade name, manufactured by Tosoh Corporation), and the four columns "TSKgel G-4000HXL", "TSKgel G-3000HXL", "TSKgel G-2500HXL" and "TSKgel G-2000HXL" (trade names, all manufactured by Tosoh Corporation) are used, and the measurement can be performed under the conditions of a mobile phase of tetrahydrofuran, a measurement temperature of 40°C, a flow rate of 1 mL/min, and a detector RI.
スルホン酸変性ポリビニルアルコール樹脂(a1-1)のケン化度としては、60~100mol%の範囲内であることが好ましく、70~100mol%の範囲内であることがより好ましく、80~100mol%の範囲内であることが更に好ましく、90~99.9mol%の範囲内であることが特に好ましい。
なお、本明細書において、ケン化度は、JIS K6726-1994に準拠した測定方法、或いは当該測定方法を基に樹脂組成に合わせて修正計算した測定方法により測定することができる。
通常、低ケン化度(低極性)になると水性溶媒への溶解性が悪くなる。また、高ケン化度(高極性)になると水性溶媒への溶解性は良いものの、水性溶媒中に樹脂が溶け易くなるためカーボンナノチューブへの吸着性が悪くなり立体反発層が形成できず分散液の分散性や貯蔵安定性は劣ることとなる。しかし、本発明において、イオン性ポリビニルアルコール樹脂(スルホン酸変性ポリビニルアルコール樹脂及びカルボン酸変性ポリビニルアルコール樹脂等)がカーボンナノチューブ分散液の分散性や貯蔵安定性に効果を奏する理由としては、適度な極性を有する樹脂の主鎖により水性溶媒への溶解性を確保しつつ、樹脂の側鎖に特定のイオン性官能基を導入することにより、カーボンナノチューブへの吸着性を向上できるため、水性溶媒への溶解性と顔料への吸着性が両立できたと考えられる。
The degree of saponification of the sulfonic acid-modified polyvinyl alcohol resin (a1-1) is preferably within the range of 60 to 100 mol%, more preferably within the range of 70 to 100 mol%, and 80 to 100 mol%. It is more preferably within the range, and particularly preferably within the range of 90 to 99.9 mol%.
Note that in this specification, the degree of saponification can be measured by a measuring method based on JIS K6726-1994, or a measuring method based on the measuring method and modified according to the resin composition.
Generally, the lower the degree of saponification (low polarity), the worse the solubility in aqueous solvents. In addition, when the degree of saponification (high polarity) is high, although the solubility in aqueous solvents is good, the resin becomes more soluble in the aqueous solvent, so its adsorption to carbon nanotubes deteriorates, and a steric repulsion layer cannot be formed, resulting in dispersion. This results in poor dispersibility and storage stability. However, in the present invention, the reason why ionic polyvinyl alcohol resins (sulfonic acid-modified polyvinyl alcohol resins, carboxylic acid-modified polyvinyl alcohol resins, etc.) are effective in improving the dispersibility and storage stability of carbon nanotube dispersions is that While ensuring solubility in aqueous solvents through the main chain of the resin, adsorption to carbon nanotubes can be improved by introducing specific ionic functional groups into the side chains of the resin. It is considered that both solubility and adsorption to pigments were achieved.
上記樹脂(a1-1)の重合方法としては、それ自体既知の重合方法、例えば、有機溶媒中で溶液重合する方法により製造することができるが、これに限られるものではなく、例えば、バルク重合や乳化重合や懸濁重合等でもよい。溶液重合を行う場合には、連続重合でもよいしバッチ重合でもよく、モノマーは一括して仕込んでもよいし、分割して仕込んでもよく、あるいは連続的又は断続的に添加してもよい。The above resin (a1-1) can be produced by a polymerization method known per se, for example, a method of solution polymerization in an organic solvent, but is not limited thereto, and may be, for example, bulk polymerization, emulsion polymerization, suspension polymerization, etc. When carrying out solution polymerization, it may be continuous polymerization or batch polymerization, and the monomer may be charged all at once or in portions, or may be added continuously or intermittently.
溶液重合において使用する重合開始剤は、特に限定するものではないが、具体的には、例えば、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビス-2,4-ジメチルパレロニトリル、アゾビス(4-メトキシ-2,4-ジメチルパレロニトリル)等のアゾ化合物;アセチルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、アセチルシクロヘキシルスルホニルパーオキシド、2,4,4-トリメチルペンチル-2-パーオキシフェノキシアセテート等の過酸化物;ジイソプピルパーオキシジカーボネート、ジ-2-エチルヘキシルパーオキシジカーボネート、ジエトキシエチルパーオキシジカーボネート等のパーカーボネート化合物;t-ブチルパーオキシネオデカネート、クミルパーオキシネオデカネート、t-ブチルパーオキシネオデカネート等のパーエステル化合物;アゾビスジメチルバレロニトリル、アゾビスメトキシバレロニトリル等の公知のラジカル重合開始剤を使用することができる。 The polymerization initiator used in solution polymerization is not particularly limited, but specifically, for example, azobisisobutyronitrile, azobis-2,4-dimethylpaleronitrile, azobis(4-methoxy-2 azo compounds such as acetyl peroxide, benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, acetylcyclohexylsulfonyl peroxide, 2,4,4-trimethylpentyl-2-peroxyphenoxyacetate, etc. Percarbonate compounds such as diisopropyl peroxydicarbonate, di-2-ethylhexyl peroxydicarbonate, diethoxyethyl peroxydicarbonate; t-butyl peroxyneodecanate, cumyl peroxyneodecanate, t -Perester compounds such as butyl peroxyneodecanate; known radical polymerization initiators such as azobisdimethylvaleronitrile and azobismethoxyvaleronitrile can be used.
重合反応温度は、特に限定するものではないが、通常30~200℃程度の範囲で設定することができる。 The polymerization reaction temperature is not particularly limited, but can usually be set within a range of about 30 to 200°C.
ケン化をする場合の条件としては、特に限定されず、公知の方法でケン化することができる。例えば、メタノール等のアルコール溶液中において、アルカリ触媒又は酸触媒の存在下で、分子中のエステル部を加水分解することで行うことができる。
アルカリ触媒としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、ナトリウムメチラート、ナトリウムエチラート、カリウムメチラート等のアルカリ金属の水酸化物や、アルコラート等を用いることができる。酸触媒としては、例えば、塩酸、硫酸等の無機酸水溶液、p-トルエンスルホン酸等の有機酸を用いることができるが、水酸化ナトリウムを用いることが望ましい。
ケン化反応の温度は、特に限定されないが、好ましくは10~70℃、より好ましくは30~40℃の範囲であることが望ましい。反応時間は、特に限定されないが、30分~3時間の範囲で行なうことが望ましい。
The conditions for saponification are not particularly limited, and saponification can be performed by any known method. For example, it can be carried out by hydrolyzing the ester moiety in the molecule in an alcohol solution such as methanol in the presence of an alkali catalyst or an acid catalyst.
As the alkali catalyst, for example, alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium methylate, sodium ethylate, potassium methylate, alcoholates, etc. can be used. As the acid catalyst, for example, an aqueous solution of an inorganic acid such as hydrochloric acid or sulfuric acid, or an organic acid such as p-toluenesulfonic acid can be used, but it is preferable to use sodium hydroxide.
The temperature of the saponification reaction is not particularly limited, but is preferably in the range of 10 to 70°C, more preferably 30 to 40°C. The reaction time is not particularly limited, but it is preferably carried out within a range of 30 minutes to 3 hours.
上記樹脂(a1-1)は、合成終了後に脱溶媒及び/又は溶媒置換することで、固体又は任意の溶媒に置き換えた樹脂溶液にすることができる。
脱溶媒の方法としては、常圧で加熱により行ってもよいし、減圧下で脱溶媒してもよい。
溶媒置換の方法としては、脱溶媒前、脱溶媒途中、又は脱溶媒後のいずれの段階で置換溶媒を投入してもよい。
The above resin (a1-1) can be made into a solid or a resin solution substituted with an arbitrary solvent by removing the solvent and/or replacing the solvent after completion of the synthesis.
The solvent may be removed by heating at normal pressure or under reduced pressure.
As a method of solvent replacement, a replacement solvent may be introduced at any stage before desolvation, during desolvation, or after desolvation.
(カルボン酸変性ポリビニルアルコール樹脂(a1-2))
上記カルボン酸変性ポリビニルアルコール樹脂(a1-2)としては、カルボキシル基を含有しており、かつケン化度が60~100mol%であることが好ましく、70~100mol%の範囲内であることがより好ましく、80~100mol%の範囲内であることが更に好ましく、90~99.9mol%の範囲内であることが特に好ましい。
(Carboxylic acid modified polyvinyl alcohol resin (a1-2))
The carboxylic acid-modified polyvinyl alcohol resin (a1-2) preferably contains a carboxyl group and has a degree of saponification of 60 to 100 mol%, more preferably in the range of 70 to 100 mol%. It is preferably within the range of 80 to 100 mol%, more preferably within the range of 90 to 99.9 mol%.
上記カルボン酸変性ポリビニルアルコール樹脂(a1-2)の重合度としては、100~4,000であることが好ましく、100~3,000であることがより好ましい。The degree of polymerization of the above carboxylic acid modified polyvinyl alcohol resin (a1-2) is preferably 100 to 4,000, and more preferably 100 to 3,000.
上記カルボン酸変性ポリビニルアルコール樹脂(a1-2)は、それ自体既知の重合方法、例えば、カルボキシル基及び重合性不飽和基を含有する化合物と、酢酸ビニル等の脂肪酸ビニルエステルとを共重合し、得られる重合体を更にケン化する方法により得ることができる。
また、ポリビニルアルコール樹脂を合成した後に変性してカルボキシル基を導入(含有)することもできる。
The above-mentioned carboxylic acid-modified polyvinyl alcohol resin (a1-2) is obtained by a polymerization method known per se, for example, by copolymerizing a compound containing a carboxyl group and a polymerizable unsaturated group with a fatty acid vinyl ester such as vinyl acetate, It can be obtained by a method of further saponifying the obtained polymer.
Furthermore, a carboxyl group can also be introduced (contained) by modifying the polyvinyl alcohol resin after synthesis.
カルボキシル基を有する重合性不飽和モノマー単位の含有割合は、前記カルボン酸変性ポリビニルアルコール樹脂(a1-2)を構成するモノマー単位の総質量に対し、0.1~30質量%が好ましく、より好ましくは0.2~10質量%であり、さらに好ましくは0.2~5質量%である。 The content ratio of the polymerizable unsaturated monomer unit having a carboxyl group is preferably 0.1 to 30% by mass, more preferably is 0.2 to 10% by mass, more preferably 0.2 to 5% by mass.
樹脂(a1-2)の合成方法等に関しては、樹脂(a1-1)で記載した方法を好適に用いることができる。 Regarding the method of synthesizing resin (a1-2), the method described for resin (a1-1) can be suitably used.
(その他のイオン性官能基を含むポリビニルアルコール樹脂(a1-3))
前記イオン性ポリビニルアルコール樹脂(a1)としては、前述のスルホン酸変性ポリビニルアルコール樹脂(a1-1)及びカルボン酸変性ポリビニルアルコール樹脂(a1-2)以外に、スルホン酸基及びカルボキシル基以外のイオン性官能基を含むポリビニルアルコール樹脂(a1-3)を用いることができる。
スルホン酸基及びカルボキシル基以外のイオン性官能基については、前述した酸性官能基及び塩基性官能基を好適に用いる事ができ、なかでも酸性官能基が好ましい。
(Polyvinyl alcohol resin (a1-3) containing other ionic functional groups)
As the ionic polyvinyl alcohol resin (a1), in addition to the above-mentioned sulfonic acid-modified polyvinyl alcohol resin (a1-1) and carboxylic acid-modified polyvinyl alcohol resin (a1-2), ionic polyvinyl alcohol resins other than sulfonic acid groups and carboxyl groups are used. A polyvinyl alcohol resin (a1-3) containing a functional group can be used.
Regarding ionic functional groups other than sulfonic acid groups and carboxyl groups, the above-mentioned acidic functional groups and basic functional groups can be suitably used, and acidic functional groups are particularly preferred.
上記樹脂(a1-3)としては、スルホン酸基及びカルボキシル基は非含有であり、かつケン化度が60~100mol%であることが好ましく、70~100mol%の範囲内であることがより好ましく、80~100mol%の範囲内であることが更に好ましく、90~99.9mol%の範囲内であることが特に好ましい。 The resin (a1-3) preferably does not contain sulfonic acid groups or carboxyl groups and has a saponification degree of 60 to 100 mol%, more preferably 70 to 100 mol%. , more preferably within the range of 80 to 100 mol%, particularly preferably within the range of 90 to 99.9 mol%.
スルホン酸基及びカルボキシル基以外のイオン性官能基を含むポリビニルアルコール樹脂(a1-3)の重合度としては、100~4,000であることが好ましく、100~3,000であることがより好ましい。 The degree of polymerization of the polyvinyl alcohol resin (a1-3) containing an ionic functional group other than a sulfonic acid group and a carboxyl group is preferably 100 to 4,000, more preferably 100 to 3,000. .
上記スルホン酸基及びカルボキシル基以外のイオン性官能基を含むポリビニルアルコール樹脂(a1-3)は、それ自体既知の重合方法、例えば、スルホン酸基及びカルボキシル基以外のイオン性官能基及び重合性不飽和基を含有する化合物と、酢酸ビニル等の脂肪酸ビニルエステルとを共重合し、得られる重合体を更にケン化する方法により得ることができる。The polyvinyl alcohol resin (a1-3) containing the above-mentioned sulfonic acid group and ionic functional group other than carboxyl group can be obtained by a polymerization method known per se, for example, a method of copolymerizing a compound containing an ionic functional group other than a sulfonic acid group and a carboxyl group and a polymerizable unsaturated group with a fatty acid vinyl ester such as vinyl acetate, and further saponifying the resulting polymer.
スルホン酸基及びカルボキシル基以外のイオン性官能基を有する重合性不飽和モノマー単位の含有割合は、前記ポリビニルアルコール樹脂(a1-3)を構成するモノマー単位の総質量に対し、0.1~30質量%が好ましく、より好ましくは0.2~10質量%であり、さらに好ましくは0.2~5質量%である。 The content ratio of polymerizable unsaturated monomer units having ionic functional groups other than sulfonic acid groups and carboxyl groups is 0.1 to 30% relative to the total mass of monomer units constituting the polyvinyl alcohol resin (a1-3). The amount is preferably 0.2 to 10% by weight, and even more preferably 0.2 to 5% by weight.
樹脂(a1-3)の合成方法等に関しては、樹脂(a1-1)で記載した方法を好適に用いることができる。 Regarding the method of synthesizing resin (a1-3), the method described for resin (a1-1) can be suitably used.
[カルボキシメチルセルロース類(a2)]
上記カルボキシメチルセルロース類(a2)は、セルロースを構成するグルコース残基中の水酸基の一部または全部がカルボキシメチルエーテル基に置換された構造を持つ化合物であり、塩の形態であってもよい。カルボキシメチルセルロースの塩としては、例えばカルボキシメチルセルロースナトリウム塩などの金属塩などを挙げられる。
[Carboxymethylcellulose (a2)]
The carboxymethyl cellulose (a2) is a compound having a structure in which some or all of the hydroxyl groups in the glucose residues constituting cellulose are substituted with carboxymethyl ether groups, and may be in the form of a salt. Examples of carboxymethylcellulose salts include metal salts such as carboxymethylcellulose sodium salt.
上記カルボキシメチルセルロース類の重量平均分子量としては、5,000~500,000が好ましく、10,000~100,000がより好ましい。
なお、本明細書において、重量平均分子量は、前述の「重合度の測定方法」で記載したゲルパーミエーションクロマトグラフ(GPC)を用いた分子量の測定方法により測定することができる。
The weight average molecular weight of the carboxymethyl cellulose is preferably 5,000 to 500,000, more preferably 10,000 to 100,000.
In this specification, the weight average molecular weight can be measured by the molecular weight measuring method using gel permeation chromatography (GPC) described in the above-mentioned "Method for measuring degree of polymerization".
上記カルボキシメチルセルロース類のエーテル化度としては、0.5~1.5であることが好ましく、0.6~1.2であることがさらに好ましい。
なお、本明細書において、エーテル化度は、灰化測定法を用いて測定される。具体的には、カルボキシメチルセルロース類0.6gを105℃で4時間乾燥する。乾燥物の質量を精秤した後、ろ紙に包んで磁製ルツボ中で灰化する。灰化物を500mLビーカーに移し、水250mLおよび0.05mol/Lの硫酸水溶液35mLを加えて30分間煮沸する。冷却後、過剰の酸を0.1mol/Lの水酸化カリウム水溶液で逆滴定する。なお、指示薬としてフェノールフタレインを用いる。測定結果を用いて、下記式よりエーテル化度を算出する。
エーテル化度=162×A/(10000-80A)
式中、A=(af-bf1)/乾燥物の質量(g)
A:試料1g中の結合アルカリに消費された0.05mol/Lの硫酸水溶液の量(mL)
a:0.05mol/Lの硫酸水溶液の使用量(mL)
f:0.05mol/Lの硫酸水溶液の力価
b:0.1mol/Lの水酸化カリウム水溶液の滴定量(mL)
f1:0.1mol/Lの水酸化カリウム水溶液の力価
The degree of etherification of the carboxymethyl cellulose is preferably 0.5 to 1.5, more preferably 0.6 to 1.2.
Note that in this specification, the degree of etherification is measured using an ashing measurement method. Specifically, 0.6 g of carboxymethyl cellulose is dried at 105° C. for 4 hours. After accurately weighing the mass of the dry matter, it is wrapped in filter paper and incinerated in a porcelain crucible. Transfer the ash to a 500 mL beaker, add 250 mL of water and 35 mL of 0.05 mol/L sulfuric acid aqueous solution, and boil for 30 minutes. After cooling, excess acid is back titrated with a 0.1 mol/L aqueous potassium hydroxide solution. Note that phenolphthalein is used as an indicator. Using the measurement results, the degree of etherification is calculated from the following formula.
Degree of etherification=162×A/(10000-80A)
In the formula, A=(af-bf1)/mass of dry material (g)
A: Amount (mL) of 0.05 mol/L sulfuric acid aqueous solution consumed by bound alkali in 1 g of sample
a: Amount of 0.05 mol/L sulfuric acid aqueous solution used (mL)
f: Titer of 0.05 mol/L sulfuric acid aqueous solution b: Titration amount (mL) of 0.1 mol/L potassium hydroxide aqueous solution
f1: titer of 0.1 mol/L potassium hydroxide aqueous solution
上記カルボキシメチルセルロース類の製造方法は特に限定はされず、それ自体既知の製造方法により製造することができる。例えば、セルロースにアルカリを反応させ、該アルカリ変性セルロースにエーテル化剤を添加してエーテル化反応を行うことで製造することができる。 The method for producing the carboxymethyl cellulose is not particularly limited, and can be produced by any known production method. For example, it can be produced by reacting cellulose with an alkali and adding an etherification agent to the alkali-modified cellulose to perform an etherification reaction.
<その他の樹脂>
分散樹脂(A)には、上記の樹脂(a)以外の樹脂を任意選択で配合してもよい。
例えば、樹脂(a)以外のアクリル樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ポリカーボネート樹脂、塩素系樹脂、フッ素系樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、及びこれらの複合樹脂等が挙げられる。これらの樹脂は1種を単独で又は2種以上を併用して用いることができる。
なかでも、少なくとも1種のポリフッ化ビニリデン(PVDF)を用いることが好ましい。
また、これらの樹脂は、顔料分散樹脂として、又は顔料分散後の添加樹脂としてカーボンナノチューブ分散液に配合することができる。
<Other resins>
The dispersion resin (A) may optionally contain resins other than the above-mentioned resin (a).
Examples include acrylic resins other than resin (a), polyester resins, epoxy resins, alkyd resins, urethane resins, silicone resins, polycarbonate resins, chlorine resins, fluorine resins, polyvinyl acetal resins, and composite resins thereof. . These resins can be used alone or in combination of two or more.
Among these, it is preferable to use at least one type of polyvinylidene fluoride (PVDF).
Moreover, these resins can be blended into the carbon nanotube dispersion liquid as a pigment dispersion resin or as an added resin after pigment dispersion.
<カーボンナノチューブ(B)>
上記カーボンナノチューブ(B)としては、単層カーボンナノチューブ、又は多層カーボンナノチューブをそれぞれ単独で、又は組合せて使用することができる。特に粘度、導電性及びコストの関係から、単層カーボンナノチューブを用いることが好ましい。
<Carbon nanotube (B)>
As the carbon nanotubes (B), single-walled carbon nanotubes or multi-walled carbon nanotubes can be used alone or in combination. In particular, from the viewpoint of viscosity, conductivity, and cost, it is preferable to use single-walled carbon nanotubes.
上記カーボンナノチューブ(B)の外径の平均値としては、0.5~30nmであることが好ましく、0.7~20nmであることがより好ましく、1~10nmであることが特に好ましい。
なお、本明細書において、カーボンナノチューブ(B)の外径の平均値は、任意に抽出した100個のカーボンナノチューブを透過型電子顕微鏡によって観測し、それぞれの外径を計測し、その平均値を求めることにより得られた値である。
The average outer diameter of the carbon nanotubes (B) is preferably 0.5 to 30 nm, more preferably 0.7 to 20 nm, and particularly preferably 1 to 10 nm.
In this specification, the average value of the outer diameter of carbon nanotubes (B) is determined by observing 100 arbitrarily extracted carbon nanotubes with a transmission electron microscope, measuring the outer diameter of each, and calculating the average value. This is the value obtained by calculating.
上記カーボンナノチューブ(B)の長さの平均値としては、1~100μmであることが好ましく、5~80μmであることがより好ましく、10~60μmであることが特に好ましい。
なお、本明細書において、カーボンナノチューブ(B)の長さの平均値は、任意に抽出した100個のカーボンナノチューブを透過型電子顕微鏡によって観測し、それぞれの長さを計測し、その平均値を求めることにより得られた値である。
The average length of the carbon nanotubes (B) is preferably 1 to 100 μm, more preferably 5 to 80 μm, and particularly preferably 10 to 60 μm.
In addition, in this specification, the average value of the length of carbon nanotubes (B) is determined by observing 100 arbitrarily extracted carbon nanotubes with a transmission electron microscope, measuring the length of each, and calculating the average value. This is the value obtained by calculating.
カーボンナノチューブ(B)の一次粒子の凝集体の平均粒子径(D50)としては、7μm未満であることが好ましく、5μm以下であることがより好ましく、4μm未満であることが特に好ましい。
なお、本明細書において、平均粒子径(D50)は、カーボンナノチューブ分散液を水で測定濃度に希釈及び攪拌し、レーザー回折散乱法を用いた粒子径分布測定装置(マイクロトラック・ベル社製、製品名:マイクロトラックMT3000)で体積基準の粒度分布測定を行い、算出した値である。
The average particle diameter (D50) of aggregates of primary particles of carbon nanotubes (B) is preferably less than 7 μm, more preferably 5 μm or less, and particularly preferably less than 4 μm.
In this specification, the average particle diameter (D50) is measured by diluting and stirring a carbon nanotube dispersion liquid with water to a measurement concentration, and using a particle size distribution measuring device using a laser diffraction scattering method (Microtrac manufactured by Bell, Inc., This is a value calculated by measuring the volume-based particle size distribution using Microtrac MT3000 (product name).
上記カーボンナノチューブ(B)のBET比表面積としては、粘度及び導電性の関係から、50~1800m2/gの範囲内であることが好ましく、600~1600m2/gの範囲内であることがより好ましく、800~1400m2/gの範囲内であることがさらに好ましい。
なお、本明細書において、BET比表面積は、「JIS Z8830 ガス吸着による粉体(固体)の比表面積測定方法」に準拠した測定方法により得られた値である。
The BET specific surface area of the carbon nanotubes (B) is preferably within the range of 50 to 1,800 m 2 /g, more preferably within the range of 600 to 1,600 m 2 /g from the viewpoint of viscosity and conductivity. Preferably, it is more preferably within the range of 800 to 1400 m 2 /g.
In addition, in this specification, the BET specific surface area is a value obtained by a measurement method based on "JIS Z8830 Specific surface area measurement method of powder (solid) by gas adsorption".
一般的に単層カーボンナノチューブは比表面積が大きく、多層カーボンナノチューブは比表面積が小さいため、電極用途としては、比表面積が大きい単層カーボンナノチューブが好適である。 In general, single-walled carbon nanotubes have a large specific surface area, and multi-walled carbon nanotubes have a small specific surface area, so single-walled carbon nanotubes with a large specific surface area are suitable for electrode applications.
また、上記カーボンナノチューブ(B)のラマンスペクトルにおいて、1560~1600cm-1の範囲内での最大ピーク強度をG、1310~1350cm-1の範囲内での最大ピーク強度をDとした際のG/D比が、通常5~200であり、20~180であることが好ましく、40~150であることがより好ましく、70~130であることがさらに好ましい。
ここで、G/D比が5以上であると結晶性が高く導電性に優れ、上限としては、例えば200程度である。
なお、本明細書において、カーボンナノチューブのラマンスペクトルは、ラマン顕微鏡(XploRA、株式会社堀場製作所社製)にカーボンナノチューブを設置し、532nmのレーザー波長を用いて測定を行い得られた値である。G/D比は、得られたピークの内、スペクトルで1560~1600cm-1の範囲内で最大ピーク強度をG、1310~1350cm-1の範囲内で最大ピーク強度をDとした際のG/Dの比をカーボンナノチューブのG/D比として算出した値である。
In the Raman spectrum of the carbon nanotube (B), the G/D ratio, where G is the maximum peak intensity in the range of 1560 to 1600 cm −1 and D is the maximum peak intensity in the range of 1310 to 1350 cm −1 , is usually 5 to 200, preferably 20 to 180, more preferably 40 to 150, and even more preferably 70 to 130.
Here, if the G/D ratio is 5 or more, the crystallinity is high and the conductivity is excellent.
In this specification, the Raman spectrum of the carbon nanotube is a value obtained by placing the carbon nanotube in a Raman microscope (XploRA, manufactured by Horiba, Ltd.) and measuring with a laser wavelength of 532 nm. The G/D ratio is a value calculated as the G/D ratio of the carbon nanotube when the maximum peak intensity in the range of 1560 to 1600 cm −1 of the obtained peaks in the spectrum is G and the maximum peak intensity in the range of 1310 to 1350 cm −1 is D.
上記カーボンナノチューブ(B)は1種類のカーボンナノチューブであることが好適である。 It is preferable that the carbon nanotube (B) is one type of carbon nanotube.
<カーボンナノチューブ(B)以外の導電性顔料>
本発明のカーボンナノチューブ分散液は、カーボンナノチューブ以外の導電性顔料を含んでいてもよい。具体的には、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、サーマルブラック、グラフェン、黒鉛等の導電性カーボン(B-2)が挙げられる。これらの導電性カーボン(B-2)は、2種以上を組み合せて用いることもできる。
<Conductive pigment other than carbon nanotube (B)>
The carbon nanotube dispersion liquid of the present invention may contain conductive pigments other than carbon nanotubes. Specific examples include conductive carbon (B-2) such as acetylene black, Ketjen black, furnace black, thermal black, graphene, and graphite. These conductive carbons (B-2) can also be used in combination of two or more types.
上記導電性カーボン(B-2)の平均1次粒子径としては、粘度及び導電性の関係から、10~80nmの範囲内であることが好ましく、20~50nmの範囲内であることがさらに好ましい。
ここで、上記平均1次粒子径とは、顔料を電子顕微鏡で観察し、100個の粒子について、それぞれ投影面積を求めてその面積に等しい円を仮定したときの直径を求め、100個の粒子の直径を単純平均して求めた1次粒子の平均径をいう。なお、顔料が凝集状態になっていた場合は、凝集粒子を構成している1次粒子で計算をする。
The average primary particle diameter of the conductive carbon (B-2) is preferably within the range of 10 to 80 nm, more preferably within the range of 20 to 50 nm, in view of the relationship between viscosity and conductivity. .
Here, the above average primary particle diameter means that the pigment is observed with an electron microscope, the projected area of each of the 100 particles is determined, and the diameter is determined assuming a circle equal to that area. The average diameter of primary particles determined by simply averaging the diameters of In addition, when the pigment is in an agglomerated state, the calculation is performed using the primary particles that constitute the agglomerated particles.
上記導電性カーボン(B-2)のBET比表面積としては、粘度及び導電性の関係から、1~500m2/gの範囲内であることが好ましく、30~150m2/gの範囲内であることがさらに好ましい。 The BET specific surface area of the conductive carbon (B-2) is preferably within the range of 1 to 500 m 2 /g, and preferably within the range of 30 to 150 m 2 /g, in view of the relationship between viscosity and conductivity. It is even more preferable.
上記導電性カーボン(B-2)は、顔料分散性の関係から、塩基性であることが好ましく、具体的には、pHが7.5以上であることが好ましく、8.0~12.0であることがより好ましく、8.5~11.0であることがさらに好ましい。
なお、本明細書において、導電性カーボン(B-2)のpHは、ASTM D1512により測定することができる。
The conductive carbon (B-2) is preferably basic from the viewpoint of pigment dispersibility, and specifically, the pH is preferably 7.5 or higher, and 8.0 to 12.0. More preferably, it is 8.5 to 11.0.
Note that in this specification, the pH of conductive carbon (B-2) can be measured according to ASTM D1512.
また、上記導電性カーボン(B-2)は、導電性の観点から、1次粒子が鎖状構造(ストラクチャー)を形成している状態が好ましく、ストラクチャー指数が1.5~4.0の範囲内であることがより好ましく、1.7~3.2の範囲内であることが特に好ましい。
ストラクチャー自体は電子顕微鏡で撮影した画像でも比較的容易に観察できるが、ストラクチャー指数はストラクチャーの度合いを定量化した数値である。ストラクチャー指数は一般的にDBP吸油量(ml/100g)を比表面積(m2/g)で割った値で定義することができる。ストラクチャー指数が1.5以上であると、ストラクチャーが発達し、十分な導電性が得られやすくなる。また、ストラクチャー指数が4.0以下であると、DBP吸油量に対して粒子径が適度な大きさとなり、導電経路を確保しやすくなるため、十分な導電性を示すことができ、かつカーボンナノチューブ分散液の粘度を適度なものにしやすくなる。
Further, from the viewpoint of conductivity, the conductive carbon (B-2) preferably has a state in which the primary particles form a chain structure, and the structure index is in the range of 1.5 to 4.0. It is more preferably within the range of 1.7 to 3.2, particularly preferably within the range of 1.7 to 3.2.
The structure itself can be observed relatively easily even in images taken with an electron microscope, but the structure index is a numerical value that quantifies the degree of structure. The structure index can generally be defined as the value obtained by dividing the DBP oil absorption (ml/100g) by the specific surface area (m 2 /g). When the structure index is 1.5 or more, a structure is developed and sufficient conductivity is easily obtained. In addition, if the structure index is 4.0 or less, the particle size will be appropriate for the DBP oil absorption amount, making it easier to secure a conductive path, so sufficient conductivity can be exhibited, and the carbon nanotube It becomes easier to adjust the viscosity of the dispersion liquid to an appropriate level.
<溶媒>
本発明のカーボンナノチューブ分散液は、溶媒として水を含有するが、水以外の溶媒(特に水に溶解する水性溶媒)を含んでもよい。
上記水性溶媒としては、例えば、エタノール、プロパノール、ブタノール、メチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、プロピレングリコールモノメチルエーテル等のアルコール、N-メチル-2-ピロリドン等が挙げられる。これらの溶媒は、水と共に、1種単独で又は2種以上を混合して用いることができる。
<Solvent>
The carbon nanotube dispersion of the present invention contains water as a solvent, but may also contain a solvent other than water (especially an aqueous solvent that dissolves in water).
Examples of the aqueous solvent include alcohols such as ethanol, propanol, butanol, methyl cellosolve, butyl cellosolve, propylene glycol monomethyl ether, and N-methyl-2-pyrrolidone. These solvents can be used alone or in combination with water.
<その他の添加剤>
本発明のカーボンナノチューブ分散液には、上記成分(A)、(B)、及び水以外の成分(その他の添加剤と示すこともある)を配合してもよい。その他の添加剤としては、例えば、中和剤、pH調整剤、顔料分散剤、消泡剤、防腐剤、防錆剤、可塑剤、結着剤(バインダー)等を挙げることができる。
<Other additives>
The carbon nanotube dispersion of the present invention may contain components other than the above components (A), (B), and water (sometimes referred to as other additives). Examples of other additives include neutralizing agents, pH adjusters, pigment dispersants, antifoaming agents, preservatives, rust preventives, plasticizers, binders, and the like.
カーボンナノチューブ分散液の初期粘度は、15Pa・s未満であることが好ましく、13Pa・s以下であることがより好ましく、12Pa・s未満であることが特に好ましい。
なお、本明細書において、カーボンナノチューブ分散液の初期粘度は、カーボンナノチューブ分散液を、コーン&プレート型粘度計(HAAKE社製、商品名:Mars2、直径35mm、2°傾斜のコーン&プレート)を用い、せん断速度5.0sec-1で測定した値である。なお、測定に用いたカーボンナノチューブ分散液は、カーボンナノチューブ分散液を製造した直後から60分以内のものを使用する。
The initial viscosity of the carbon nanotube dispersion is preferably less than 15 Pa·s, more preferably 13 Pa·s or less, and particularly preferably less than 12 Pa·s.
In this specification, the initial viscosity of the carbon nanotube dispersion is determined by measuring the carbon nanotube dispersion using a cone and plate viscometer (manufactured by HAAKE, trade name: Mars 2, diameter 35 mm, 2° inclined cone and plate). This is the value measured at a shear rate of 5.0 sec -1 . The carbon nanotube dispersion liquid used for the measurement was used within 60 minutes immediately after the carbon nanotube dispersion liquid was produced.
カーボンナノチューブ分散液から形成されるリチウムイオン電池用電極層の体積抵抗率は、12Ω・cm未満であることが好ましく、10Ω・cm未満であることがより好ましく、9Ω・cm以下であることが特に好ましい。
なお、本明細書において、リチウムイオン電池用電極層の体積抵抗率は、前記電極層の膜厚を測定した後、ASPプローブ(株式会社三菱化学アナリテック製、商品名「MCP-TP03P」)を用いて、抵抗率計(株式会社三菱化学アナリテック製、商品名「Loresta-GP MCP-T610」)で抵抗値を測定し、得られた抵抗値に抵抗率補正係数(RCF)4.532及び前記膜厚を乗じて体積抵抗率を算出した値である。
The volume resistivity of the lithium ion battery electrode layer formed from the carbon nanotube dispersion liquid is preferably less than 12 Ω·cm, more preferably less than 10 Ω·cm, and particularly preferably 9 Ω·cm or less.
In this specification, the volume resistivity of the lithium ion battery electrode layer is a value obtained by measuring the film thickness of the electrode layer, and then measuring the resistance value with a resistivity meter (manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd., product name "Loresta-GP MCP-T610") using an ASP probe (manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd., product name "MCP-TP03P"), and multiplying the obtained resistance value by a resistivity correction factor (RCF) of 4.532 and the film thickness to calculate the volume resistivity.
≪リチウムイオン電池用電極≫
本発明のリチウムイオン電池用電極は、本発明のカーボンナノチューブ分散液を、金属集電体に塗布してリチウムイオン電池用電極層を形成することにより得られる。
図3は、リチウムイオン電池用電極層を有するリチウムイオン電池用電極の一例を示した断面図である。図3においては、金属集電体101に、本発明のカーボンナノチューブ分散液を塗布し、リチウムイオン電池用電極層102を形成して、リチウムイオン電池用電極100を形成している。
<<Electrodes for lithium ion batteries>>
The lithium ion battery electrode of the present invention can be obtained by applying the carbon nanotube dispersion of the present invention to a metal current collector to form a lithium ion battery electrode layer.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of a lithium ion battery electrode having a lithium ion battery electrode layer. In FIG. 3, a metal
≪リチウムイオン電池≫
本発明のリチウムイオン電池は、本発明のリチウムイオン電池用電極層を正極のみ、負極のみ、又は正極と負極との両方に有する。
図4は、リチウムイオン電池の一例を示した断面図である。図4においては、金属集電体(負極)101b、リチウムイオン電池用電極層(負極)102b、セパレータ103、リチウムイオン電池用電極層(正極)102a、及び金属集電体(正極)101aの順に積層して、リチウムイオン電池を形成している。金属集電体(負極)101b、及びリチウムイオン電池用電極層(負極)102bでリチウムイオン電池用負極100bを構成しており、金属集電体(正極)101a、及びリチウムイオン電池用電極層(正極)102aでリチウムイオン電池用正極100aを構成している。リチウムイオン電池用電極層(負極)102b、及びリチウムイオン電池用電極層(正極)102aのうち少なくとも一方は、本発明のカーボンナノチューブ分散液から形成されていてもよく、他方は本発明のカーボンナノチューブ分散液から形成されていなくてもよい。セパレータ103には、電解質(図示せず)が保持されている。
≪Lithium ion battery≫
The lithium ion battery of the present invention has the lithium ion battery electrode layer of the present invention only on the positive electrode, only on the negative electrode, or on both the positive electrode and the negative electrode.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of a lithium ion battery. In FIG. 4, a metal current collector (negative electrode) 101b, a lithium ion battery electrode layer (negative electrode) 102b, a
≪カーボンナノチューブ分散液の製法≫
本発明の第一の態様であるカーボンナノチューブ分散液(単に「カーボンナノチューブ分散液」ともいう。)中の固形分含有量は、通常、カーボンナノチューブ分散液の総質量に対し、50質量%未満であることが好ましく、10質量%以下であることがより好ましく、5質量%以下であることが特に好ましい。なお、本発明の第一の態様であるカーボンナノチューブ分散液は、電極活物質を含まず、後述する本発明の第二の態様であるリチウムイオン電池電極用カーボンナノチューブ分散液は、電極活物質を含むものである。
本発明のカーボンナノチューブ分散液固形分中の分散樹脂(A)の固形分含有量の合計量は、カーボンナノチューブ分散液固形分の総質量に対し、通常、好ましくは70質量%以下であり、より好ましくは60質量%以下であり、さらに好ましくは50質量%以下であることが、顔料分散時の粘度、顔料分散性、分散安定性及び生産効率等の面から好適である。
本発明のカーボンナノチューブ分散液中の分散樹脂(A)の含有量は、通常、カーボンナノチューブ分散液の総質量に対し、0.2質量%以上、かつ10質量%以下であることが好ましく、0.3質量%以上、かつ5質量%以下であることがより好ましく、0.5質量%以上、かつ3質量%以下であることが特に好ましい。
本発明のカーボンナノチューブ分散液固形分中のカーボンナノチューブ(B)の固形分含有量は、通常、カーボンナノチューブ分散液固形分の総質量に対し、好ましくは30質量%以上、かつ85質量%未満であり、より好ましくは40質量%以上、かつ80質量%未満であり、さらに好ましくは50質量%以上、かつ75質量%未満であることが、電池性能の点から好適である。
本発明のカーボンナノチューブ分散液中のカーボンナノチューブ(B)の含有量は、通常、カーボンナノチューブ分散液の総質量に対し、0.2質量%以上、かつ5質量%以下であることが好ましく、0.3質量%以上、かつ3質量%以下であることがより好ましく、0.5質量%以上、かつ1.5質量%以下であることが特に好ましい。
<Method for producing carbon nanotube dispersion>
The solid content in the carbon nanotube dispersion liquid of the first embodiment of the present invention (also simply referred to as "carbon nanotube dispersion liquid") is usually preferably less than 50 mass % relative to the total mass of the carbon nanotube dispersion liquid, more preferably 10 mass % or less, and particularly preferably 5 mass % or less. Note that the carbon nanotube dispersion liquid of the first embodiment of the present invention does not contain an electrode active material, while the carbon nanotube dispersion liquid for lithium ion battery electrodes of the second embodiment of the present invention described below contains an electrode active material.
The total solid content of the dispersed resin (A) in the carbon nanotube dispersion solid content of the present invention is usually preferably 70 mass% or less, more preferably 60 mass% or less, and even more preferably 50 mass% or less, relative to the total mass of the carbon nanotube dispersion solid content, which is suitable in terms of viscosity during pigment dispersion, pigment dispersibility, dispersion stability, production efficiency, etc.
The content of the dispersed resin (A) in the carbon nanotube dispersion liquid of the present invention is usually, relative to the total mass of the carbon nanotube dispersion liquid, preferably 0.2 mass% or more and 10 mass% or less, more preferably 0.3 mass% or more and 5 mass% or less, and particularly preferably 0.5 mass% or more and 3 mass% or less.
The solid content of carbon nanotubes (B) in the carbon nanotube dispersion solid content of the present invention is usually, relative to the total mass of the carbon nanotube dispersion solid content, preferably 30 mass% or more and less than 85 mass%, more preferably 40 mass% or more and less than 80 mass%, and even more preferably 50 mass% or more and less than 75 mass%, which is suitable from the standpoint of battery performance.
The content of carbon nanotubes (B) in the carbon nanotube dispersion of the present invention is usually preferably 0.2 mass% or more and 5 mass% or less, more preferably 0.3 mass% or more and 3 mass% or less, and particularly preferably 0.5 mass% or more and 1.5 mass% or less, relative to the total mass of the carbon nanotube dispersion.
また、本発明のカーボンナノチューブ分散液中の溶媒の含有量は、通常、カーボンナノチューブ分散液の総質量に対し、好ましくは50質量%以上、かつ100質量%未満であり、より好ましくは70質量%以上、かつ99質量%未満であり、さらに好ましくは80質量%以上、かつ98.5質量%未満であることが、乾燥効率及びペースト粘度の点から好適である。
なお、本発明のカーボンナノチューブ分散液に含まれる各成分の含有量の合計は、カーボンナノチューブ分散液の総質量に対し、100質量%を超えない。
Further, the content of the solvent in the carbon nanotube dispersion of the present invention is usually preferably 50% by mass or more and less than 100% by mass, more preferably 70% by mass, based on the total mass of the carbon nanotube dispersion. From the viewpoint of drying efficiency and paste viscosity, the content is preferably 80% by mass or more and less than 98.5% by mass.
Note that the total content of each component contained in the carbon nanotube dispersion of the present invention does not exceed 100% by mass based on the total mass of the carbon nanotube dispersion.
本発明のカーボンナノチューブ分散液は、以上に述べた各成分を、例えば、スキャンディクス、ペイントシェーカー、サンドミル、ボールミル、ペブルミル、LMZミル、DCPパールミル、遊星ボールミル、ホモジナイザー、二軸混練機、薄膜旋回型高速ミキサー等の従来公知の分散機を用いて均一に混合、分散させることにより調製することができる。 The carbon nanotube dispersion of the present invention can be prepared by combining each of the above-mentioned components with, for example, Scandix, paint shaker, sand mill, ball mill, pebble mill, LMZ mill, DCP pearl mill, planetary ball mill, homogenizer, twin-screw kneader, thin film rotating type It can be prepared by uniformly mixing and dispersing using a conventionally known dispersing machine such as a high-speed mixer.
具体的には、本発明のカーボンナノチューブ分散液は、分散樹脂(A)、カーボンナノチューブ(B)、及び水を混合し、分散機(エム・テクニック社製・クレアミックスCLM-2.2S)を用いて14,000rpmの速度で全体が均一になり、分散粒度(D50)が90μm以下になるまで分散を行い、続いて、高圧ホモジナイザー(吉田機械社製・ナノヴェイタ)を用いて60MPaで12パス分散後、さらに特定の分散条件(パス回数)にて分散を行い製造することが好ましい。
前記パス回数は、5超70未満であることが好ましく、7.5以上50以下であることがより好ましく、8以上45以下であることが特に好ましい。
尚、パス回数とは理論処理回数を示す単位であり、以下の計算式より求められる。
1パスに必要な処理時間(h)=ペースト液量(L)÷分散機の処理速度(L/h)
パス回数(理論処理回数)=処理時間(h)÷1パスに必要な処理時間(h)
Specifically, the carbon nanotube dispersion liquid of the present invention is prepared by mixing a dispersion resin (A), carbon nanotubes (B), and water, and then using a dispersion machine (Clearmix CLM-2.2S manufactured by M Techniques). Dispersion was carried out at a speed of 14,000 rpm using a high-pressure homogenizer (Nano Veita, manufactured by Yoshida Kikai Co., Ltd.) for 12 passes at 60 MPa. After that, it is preferable to perform further dispersion under specific dispersion conditions (number of passes).
The number of passes is preferably greater than 5 and less than 70, more preferably greater than or equal to 7.5 and less than 50, particularly preferably greater than or equal to 8 and less than 45.
Note that the number of passes is a unit indicating the number of theoretical processes, and is obtained from the following calculation formula.
Processing time required for 1 pass (h) = paste liquid volume (L) ÷ processing speed of disperser (L/h)
Number of passes (theoretical number of processing) = Processing time (h) ÷ Processing time required for one pass (h)
本発明のカーボンナノチューブ分散液は、後述するように、電極活物質と混和してリチウムイオン電池電極用電極層を製造するために用いることができる。 The carbon nanotube dispersion liquid of the present invention can be mixed with an electrode active material and used to produce an electrode layer for a lithium ion battery electrode, as described below.
また、本発明において、波長(268nm)における吸光度の値により、カーボンナノチューブ分散液の分散性の度合についての情報を得ることを見出した。カーボンナノチューブ分散液の吸光度(波長:268nm)が、1.3以上であることが好ましく、1.3~2.0であることがより好ましく、1.3~1.8であることが特に好ましい。
吸光度が1.3以上であると、分散性が適度に進んだ状態であり、2.0以下であると、分散過多の状態となるのを防ぎやすくなる。
なお、本明細書において、カーボンナノチューブ分散液の吸光度は、カーボンナノチューブ分散液を脱イオン水で希釈してCNT濃度0.001質量%に調製し均一になるまで攪拌し、次いで試料をセルに充填し、U-1900(商品名、分光光度計、株式会社日立ハイテクノロジーズ社製)を用いて波長(268nm)の吸光度を計測した値である。
Furthermore, in the present invention, it has been found that information about the degree of dispersibility of a carbon nanotube dispersion can be obtained from the value of absorbance at a wavelength (268 nm). The absorbance (wavelength: 268 nm) of the carbon nanotube dispersion is preferably 1.3 or more, more preferably 1.3 to 2.0, particularly preferably 1.3 to 1.8. .
When the absorbance is 1.3 or more, the dispersibility is moderately advanced, and when it is 2.0 or less, it becomes easy to prevent excessive dispersion.
In this specification, the absorbance of the carbon nanotube dispersion is measured by diluting the carbon nanotube dispersion with deionized water to give a CNT concentration of 0.001% by mass, stirring until uniform, and then filling the sample into a cell. This is the value obtained by measuring the absorbance at a wavelength (268 nm) using U-1900 (trade name, spectrophotometer, manufactured by Hitachi High-Technologies Co., Ltd.).
<インピーダンススペクトル>
本発明の第一の態様であるカーボンナノチューブ分散液は、インピーダンス測定により得られる、縦軸にリアクタンス、横軸に周波数をプロットしたBodeプロットにおいて、周波数170~600kHzの範囲に前記リアクタンスの極小値が存在することを特徴する。リアクタンスの極小値は、周波数180~600kHzの範囲に存在することが好ましく、周波数200~400kHzの範囲に存在することがより好ましい。
なお、本発明において、リアクタンスとは複素インピーダンスの虚数部を意味する。
なお、本明細書において、Bodeプロットは、表面が金メッキ処理された厚さ0.3mmの銅板を対向させた電極間距離9mmの2極式の電極を用い、電極の大きさは100mm2とし、20mlの円筒状容器に、カーボンナノチューブ分散液を15ml充填し、電極がペーストに完全に埋没するよう挿入する。続いて、カーボンナノチューブ分散液に、25℃で、インピーダンスアナライザ(Keysight社製、商品名「4294A」)を用いて、ピーク間電圧が0.1Vの正弦交流電圧を印加し、周波数を100Hz~100MHzの間で掃引しながら500点、複素インピーダンスと位相差を測定する。得られたデータから、縦軸にリアクタンス、横軸に周波数をプロットして得られる。
<Impedance spectrum>
The carbon nanotube dispersion according to the first embodiment of the present invention is characterized in that in a Bode plot obtained by impedance measurement, in which reactance is plotted on the vertical axis and frequency is plotted on the horizontal axis, the reactance has a minimum value in the frequency range of 170 to 600 kHz. The reactance minimum value is preferably in the frequency range of 180 to 600 kHz, and more preferably in the frequency range of 200 to 400 kHz.
In the present invention, reactance means the imaginary part of complex impedance.
In this specification, the Bode plot uses a two-pole electrode with an electrode distance of 9 mm, in which a 0.3 mm thick copper plate with a gold-plated surface faces each other, and the size of the electrode is 100 mm2 . A 20 ml cylindrical container is filled with 15 ml of carbon nanotube dispersion liquid, and the electrode is inserted so that it is completely buried in the paste. Next, a sinusoidal AC voltage with a peak-to-peak voltage of 0.1 V is applied to the carbon nanotube dispersion liquid at 25 ° C. using an impedance analyzer (manufactured by Keysight, product name "4294A"), and the complex impedance and phase difference are measured at 500 points while sweeping the frequency between 100 Hz and 100 MHz. From the obtained data, the reactance is plotted on the vertical axis and the frequency on the horizontal axis.
下記式で表される、周波数1kHzにおけるリアクタンスに対する、リアクタンスの極小値の倍率(割合)は、1.5超5.0以下であることが好ましく、1.6以上4.0以下であることがより好ましく、1.7以上3.5以下であることが特に好ましい。
周波数1kHzにおけるリアクタンスに対する、リアクタンスの極小値の倍率(割合)=[リアクタンスの極小値]÷[周波数1kHzにおけるリアクタンス]
The magnification (ratio) of the minimum value of reactance to the reactance at a frequency of 1 kHz, expressed by the following formula, is preferably greater than 1.5 and less than or equal to 5.0, and preferably greater than or equal to 1.6 and less than or equal to 4.0. More preferably, it is 1.7 or more and 3.5 or less.
Multiplication factor (ratio) of the minimum value of reactance to the reactance at a frequency of 1kHz = [minimum value of reactance] ÷ [reactance at a frequency of 1kHz]
Bodeプロットにおいては、リアクタンスの極小値が2点以上存在することもある。特にカーボンナノチューブ(B)を2種以上併用した場合や、カーボンナノチューブ(B)と他の導電性カーボンを併用した場合、カーボンナノチューブ分散液の分散時間が極端に短い場合などにこの傾向は顕著である。また、使用するカーボンナノチューブ(B)の種類によっても、リアクタンスの極小値が2点以上存在することがある。リアクタンスの極小値が2点以上存在する場合、少なくとも一方の極小値が周波数170~600kHzの範囲に存在すればよい。
カーボンナノチューブ(B)はカーボンナノチューブ分散液中でストラクチャーを形成しているが、Bodeプロットおけるリアクタンスの極小値は、カーボンナノチューブ(B)のストラクチャーの成長の度合い、すなわちカーボンナノチューブ(B)の一次粒子の凝集体の大きさによって移動する。例えば、図1に示すように、一次粒子10の相互作用が強く、ストラクチャーの成長の度合いが高くなるほど、すなわちカーボンナノチューブ(B)の一次粒子の凝集体が大きくなるほど、Bodeプロットおけるリアクタンスの極小値は、低周波領域に移動しやすくなる傾向にある。
In the Bode plot, there may be two or more minimum values of reactance. This tendency is particularly noticeable when two or more types of carbon nanotubes (B) are used together, when carbon nanotubes (B) and other conductive carbons are used together, or when the dispersion time of the carbon nanotube dispersion liquid is extremely short. be. Further, depending on the type of carbon nanotube (B) used, there may be two or more minimum values of reactance. When there are two or more reactance minimum values, it is sufficient that at least one of the minimum values exists in the frequency range of 170 to 600 kHz.
Carbon nanotubes (B) form a structure in the carbon nanotube dispersion, and the minimum value of reactance in the Bode plot indicates the degree of growth of the structure of carbon nanotubes (B), that is, the primary particles of carbon nanotubes (B). The movement depends on the size of the aggregate. For example, as shown in FIG. 1, the stronger the interaction between the
なお、図1中、(a)はストラクチャーの成長の度合いが高い場合のBodeプロットであり、図1中、(b)はストラクチャーの成長の度合いが中程度である場合のBodeプロットであり、図1中、(c)はストラクチャーの成長の度合いが低い場合のBodeプロットである。
Bodeプロットにおいて、周波数170~600kHzの範囲にリアクタンスの極小値が存在していれば、カーボンナノチューブ(B)のストラクチャーが適度に成長している、すなわち、カーボンナノチューブ分散液中でカーボンナノチューブ(B)の一次粒子が適度にストラクチャーを保持しながら分散していることを意味する。よって、本発明のカーボンナノチューブ分散液を用いて電極層を形成したときに、電極層中でカーボンナノチューブ(B)の一次粒子が適度にストラクチャーを保持しながら分散する。そのため、効率的に導電パスが形成され、導電性に優れる電極を形成できる。加えて、カーボンナノチューブ分散液の粘度も低くなる傾向にある。
Bodeプロットは、例えば以下に示すインピーダンス測定により得られる。
In addition, in FIG. 1, (a) is a Bode plot when the degree of structure growth is high, and in FIG. 1, (b) is a Bode plot when the degree of structure growth is moderate. 1, (c) is a Bode plot when the degree of growth of the structure is low.
In the Bode plot, if the minimum value of reactance exists in the frequency range of 170 to 600 kHz, the structure of carbon nanotubes (B) has grown appropriately, that is, the structure of carbon nanotubes (B) in the carbon nanotube dispersion liquid This means that the primary particles are dispersed while maintaining an appropriate structure. Therefore, when an electrode layer is formed using the carbon nanotube dispersion of the present invention, the primary particles of carbon nanotubes (B) are dispersed in the electrode layer while maintaining an appropriate structure. Therefore, a conductive path is efficiently formed, and an electrode with excellent conductivity can be formed. In addition, the viscosity of carbon nanotube dispersions also tends to decrease.
The Bode plot can be obtained, for example, by impedance measurement as shown below.
(測定セルの準備)
表面が金メッキ処理された厚さ0.3mmの銅板を対向させ、電極間距離9mmの2極式の電極を用いる。電極の大きさは100mm2とする。20mlの円筒状容器に、カーボンナノチューブ分散液を15ml充填し、電極がペーストに完全に埋没するよう挿入する。
(Preparation of measurement cell)
Copper plates with a thickness of 0.3 mm whose surfaces are gold-plated are placed opposite each other, and bipolar electrodes with a distance of 9 mm between the electrodes are used. The size of the electrode is 100 mm2 . A 20 ml cylindrical container is filled with 15 ml of carbon nanotube dispersion and inserted so that the electrode is completely submerged in the paste.
(インピーダンス測定)
カーボンナノチューブ分散液に、25℃で、インピーダンスアナライザを用いて、ピーク間電圧が0.1Vの正弦交流電圧を印加し、周波数を100Hz~100MHzの間で掃引しながら500点、複素インピーダンスと位相差を測定する。得られたデータから、縦軸にリアクタンス、横軸に周波数をプロットしてBodeプロットを作成する。
(Impedance measurement)
A sinusoidal AC voltage with a peak-to-peak voltage of 0.1 V is applied to the carbon nanotube dispersion liquid at 25° C. using an impedance analyzer, and the complex impedance and phase difference are measured at 500 points while sweeping the frequency between 100 Hz and 100 MHz. From the obtained data, a Bode plot is created by plotting reactance on the vertical axis and frequency on the horizontal axis.
前記Bodeプロットにおいて、周波数170~600kHzの範囲に存在するリアクタンスの最小値(X)は、周波数1kHzにおけるリアクタンスの値(Y)の1.8倍以上であることが好ましく、2.0倍以上であることがより好ましく、2.0~3.5倍であることがさらに好ましく、2.3~3.2倍であることが特に好ましい。
前述のとおり、Bodeプロットにおいては、リアクタンスの極小値が2点以上存在することもある。170~600kHZの範囲に複数の極小値が存在する場合にも、170~600kHZの範囲における最小値にて計算(X/Y)を行えばよい。
In the Bode plot, the minimum reactance value (X) in the frequency range of 170 to 600 kHz is preferably 1.8 times or more, more preferably 2.0 times or more, even more preferably 2.0 to 3.5 times, and particularly preferably 2.3 to 3.2 times, the reactance value (Y) at a frequency of 1 kHz.
As mentioned above, in the Bode plot, there may be two or more minimum reactance values. Even if there are multiple minimum values in the range of 170 to 600 kHz, the calculation (X/Y) should be performed using the minimum value in the range of 170 to 600 kHz.
前記値(Y)に対する前記最小値(X)の割合は、カーボンナノチューブ(B)の一次粒子の凝集体の粒度分布に影響される。例えば、図2中、(a)に示すように、カーボンナノチューブ(B)の一次粒子の凝集体の粒子径が均一になる、すなわち揃っているほど、前記値(Y)に対する前記最小値(X)の割合は大きくなる傾向にある。一方、図2中、(b)に示すように、カーボンナノチューブ(B)の一次粒子10の凝集体30の粒子径が不均一になるほど、前記値(Y)に対する前記最小値(X)の割合は小さくなる傾向にある。
前記最小値(X)が前記値(Y)の1.8倍以上であれば、カーボンナノチューブ分散液中におけるカーボンナノチューブ(B)の一次粒子の凝集体の粒子径が均一であることを意味する。よって、本発明の電極活物質を含有するリチウムイオン電池電極用カーボンナノチューブ分散液を用いて電極層を形成したときに、電極層中でカーボンナノチューブ(B)の一次粒子がより均一に分散する。そのため、より効率的に導電パスが形成され、導電性により優れる電極層を形成できる。
The ratio of the minimum value (X) to the value (Y) is influenced by the particle size distribution of aggregates of primary particles of carbon nanotubes (B). For example, as shown in (a) in FIG. 2, the more uniform the particle diameters of the aggregates of primary particles of carbon nanotubes (B), that is, the more uniform they are, the more the minimum value (X ) tends to increase. On the other hand, as shown in FIG. 2(b), as the particle size of the
If the minimum value (X) is 1.8 times or more the value (Y), it means that the particle size of the aggregate of primary particles of carbon nanotubes (B) in the carbon nanotube dispersion is uniform. . Therefore, when an electrode layer is formed using a carbon nanotube dispersion for a lithium ion battery electrode containing the electrode active material of the present invention, the primary particles of carbon nanotubes (B) are more uniformly dispersed in the electrode layer. Therefore, a conductive path can be formed more efficiently, and an electrode layer with better conductivity can be formed.
≪リチウムイオン電池電極用カーボンナノチューブ分散液≫
本発明の第二の態様として、上記カーボンナノチューブ分散液に、さらに後述する電極活物質(単に「活物質」と呼ぶ場合もある)を配合してなるリチウムイオン電池電極用カーボンナノチューブ分散液(単に「リチウムイオン電池電極用カーボンナノチューブ分散液」ともいう。)を提供する。
なお、本発明において、「カーボンナノチューブ分散液を塗布して得られる塗膜」を「電極層」と呼ぶ場合がある。
≪Carbon nanotube dispersion liquid for lithium ion battery electrodes≫
As a second aspect of the present invention, a carbon nanotube dispersion (simply referred to as "active material") for lithium ion battery electrodes is prepared by further blending an electrode active material (sometimes simply referred to as "active material") to be described later with the above carbon nanotube dispersion. (Also referred to as "carbon nanotube dispersion liquid for lithium ion battery electrodes.")
In addition, in the present invention, a "coating film obtained by applying a carbon nanotube dispersion" may be referred to as an "electrode layer".
<電極活物質>
電極活物質としては、それ自体既知のものを好適に用いることができる。
例えば、正極活物質としては、例えば、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、マンガン酸リチウム(LiMn2O4)、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2等のリチウム複合酸化物等が挙げられる。これらの電極活物質は、1種単独で、又は2種以上を混合して用いることができる。また、負極活物質としては、例えば、Li系化合物、Sn系化合物、Si系化合物、黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛)、低結晶性カーボン(ハードカーボン、ソフトカーボン)等が挙げられる。これらの電極活物質は、1種単独で、又は2種以上を混合して用いることができる。
<Electrode active material>
As the electrode active material, those known per se can be suitably used.
For example, as the positive electrode active material, for example, lithium nickelate (LiNiO 2 ), lithium manganate (LiMn 2 O 4 ), lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 Examples include lithium composite oxides such as. These electrode active materials can be used alone or in combination of two or more. Further, examples of the negative electrode active material include Li-based compounds, Sn-based compounds, Si-based compounds, graphite (natural graphite, artificial graphite), low crystalline carbon (hard carbon, soft carbon), and the like. These electrode active materials can be used alone or in combination of two or more.
本発明のリチウムイオン電池電極用カーボンナノチューブ分散液中の固形分含有量は、通常、リチウムイオン電池電極用カーボンナノチューブ分散液の総質量に対し、70質量%以上、かつ100質量%未満であることが好ましく、80質量%以上、かつ99質量%未満であることがより好ましく、90質量%以上、かつ98質量%未満であることが特に好ましい。
電極活物質を含有する本発明のリチウムイオン電池電極用カーボンナノチューブ分散液固形分中の電極活物質の固形分含有量は、リチウムイオン電池電極用カーボンナノチューブ分散液固形分の総質量に対し、通常90質量%以上、かつ100質量%未満、好ましくは95質量%以上、かつ100質量%未満、さらに好ましくは98質量%以上、かつ100質量%未満であることが、電池容量、電池抵抗等の面から好適である。
本発明のリチウムイオン電池電極用カーボンナノチューブ分散液中の電極活物質の含有量は、通常、リチウムイオン電池電極用カーボンナノチューブ分散液の総質量に対し、30質量%以上、かつ100質量%未満であることが好ましく、40質量%以上、かつ99質量%未満であることがより好ましく、50質量%以上、かつ98質量%未満であることが特に好ましい。
The solid content in the carbon nanotube dispersion for lithium ion battery electrodes of the present invention is usually 70% by mass or more and less than 100% by mass based on the total mass of the carbon nanotube dispersion for lithium ion battery electrodes. It is preferably 80% by mass or more and less than 99% by mass, and particularly preferably 90% by mass or more and less than 98% by mass.
The solid content of the electrode active material in the solid content of the carbon nanotube dispersion for lithium ion battery electrodes of the present invention containing the electrode active material is usually the same as the total mass of the solid content of the carbon nanotube dispersion for lithium ion battery electrodes. 90% by mass or more and less than 100% by mass, preferably 95% by mass or more and less than 100% by mass, more preferably 98% by mass or more and less than 100% by mass, in terms of battery capacity, battery resistance, etc. It is preferable because
The content of the electrode active material in the carbon nanotube dispersion for lithium ion battery electrodes of the present invention is usually 30% by mass or more and less than 100% by mass based on the total mass of the carbon nanotube dispersion for lithium ion battery electrodes. It is preferably at least 40% by mass and less than 99% by mass, particularly preferably at least 50% by mass and less than 98% by mass.
≪リチウムイオン電池電極用カーボンナノチューブ分散液の製法≫
本発明のリチウムイオン電池電極用カーボンナノチューブ分散液は、前述の成分(A)、成分(B)、及び水を含む本発明の第一の態様であるカーボンナノチューブ分散液をまず調製し、当該カーボンナノチューブ分散液に電極活物質を配合することにより得ることができる。
また、本発明のリチウムイオン電池電極用カーボンナノチューブ分散液は、前述の成分(A)、成分(B)、水、及び電極活物質を同時に混和して調製してもよい。
≪Production method of carbon nanotube dispersion for lithium ion battery electrodes≫
The carbon nanotube dispersion liquid for lithium ion battery electrodes of the present invention is prepared by first preparing a carbon nanotube dispersion liquid according to the first aspect of the present invention containing the above-mentioned component (A), component (B), and water. It can be obtained by blending an electrode active material into a nanotube dispersion.
Further, the carbon nanotube dispersion for a lithium ion battery electrode of the present invention may be prepared by simultaneously mixing the aforementioned component (A), component (B), water, and electrode active material.
本発明の電極活物質を含有するリチウムイオン電池電極用カーボンナノチューブ分散液固形分中の分散樹脂(A)の固形分含有量の合計量は、通常、リチウムイオン電池電極用カーボンナノチューブ分散液固形分の総質量に対し、0.001~20質量%、好ましくは0.005~10質量%であることが、電池性能、ペースト粘度等の面から好適である。 The total solid content of the dispersion resin (A) in the solid content of the carbon nanotube dispersion for lithium ion battery electrodes containing the electrode active material of the present invention is usually the solid content of the carbon nanotube dispersion for lithium ion battery electrodes. From the viewpoint of battery performance, paste viscosity, etc., the amount is preferably 0.001 to 20% by mass, preferably 0.005 to 10% by mass, based on the total mass of.
本発明の電極活物質を含有するリチウムイオン電池電極用カーボンナノチューブ分散液の固形分中のカーボンナノチューブ(B)の固形分含有量は、通常、リチウムイオン電池電極用カーボンナノチューブ分散液固形分の総質量に対し、0.01~30質量%、好ましくは0.05~20質量%、より好ましくは0.1~15質量%が電池性能の点から好適である。 The solid content of carbon nanotubes (B) in the solid content of the carbon nanotube dispersion for lithium ion battery electrodes containing the electrode active material of the present invention is usually the total solid content of the carbon nanotube dispersion for lithium ion battery electrodes. From the viewpoint of battery performance, the amount is preferably 0.01 to 30% by mass, preferably 0.05 to 20% by mass, and more preferably 0.1 to 15% by mass.
また、本発明の電極活物質を含有するリチウムイオン電池電極用カーボンナノチューブ分散液中の溶媒の含有量は、通常、リチウムイオン電池電極用カーボンナノチューブ分散液の総質量に対し、0.1~60質量%、好ましくは0.5~50質量%、より好ましくは1~45質量%が電極乾燥効率、ペースト粘度の点から好適である。 Further, the content of the solvent in the carbon nanotube dispersion for lithium ion battery electrodes containing the electrode active material of the present invention is usually 0.1 to 60% based on the total mass of the carbon nanotube dispersion for lithium ion battery electrodes. From the viewpoint of electrode drying efficiency and paste viscosity, it is preferably 0.5 to 50 mass %, more preferably 1 to 45 mass %.
≪リチウムイオン電池用電極の製法≫
前述したように、リチウムイオン二次電池の電極は、電極活物質を含有するリチウムイオン電池電極用カーボンナノチューブ分散液を電極芯材(金属集電体)の表面に塗布し、これを乾燥することで製造することができる。
また、本発明のリチウムイオン電池電極用カーボンナノチューブ分散液の用途としては、電極芯材と電極層との間のプライマー層としても用いることができる。
電極活物質を含有するリチウムイオン電池電極用カーボンナノチューブ分散液の塗布方法は、ダイコーター等を用いたそれ自体公知の方法により行うことができる。電極活物質を含有するリチウムイオン電池電極用カーボンナノチューブ分散液の塗布量は特に限定されないが、例えば、乾燥後の電極層の厚みが0.001~0.5mmの範囲(好ましくは0.01~0.4mmの範囲)となるように設定することができる。乾燥工程の温度としては、例えば、80~200℃、好ましくは100~180℃の範囲内で適宜設定することができる。乾燥工程の時間としては、例えば、5~1200秒、好ましくは5~120秒の範囲内で適宜設定することができる。
≪Production method for electrodes for lithium ion batteries≫
As mentioned above, the electrodes of lithium ion secondary batteries are made by applying a carbon nanotube dispersion for lithium ion battery electrodes containing an electrode active material to the surface of an electrode core material (metal current collector) and drying it. It can be manufactured in
Furthermore, the carbon nanotube dispersion for lithium ion battery electrodes of the present invention can also be used as a primer layer between an electrode core material and an electrode layer.
The method for applying the carbon nanotube dispersion for a lithium ion battery electrode containing an electrode active material can be performed by a method known per se using a die coater or the like. The coating amount of the carbon nanotube dispersion liquid for lithium ion battery electrodes containing an electrode active material is not particularly limited, but for example, the thickness of the electrode layer after drying is in the range of 0.001 to 0.5 mm (preferably 0.01 to 0.5 mm). 0.4 mm). The temperature of the drying step can be appropriately set within the range of, for example, 80 to 200°C, preferably 100 to 180°C. The time for the drying step can be set as appropriate within the range of, for example, 5 to 1200 seconds, preferably 5 to 120 seconds.
≪リチウムイオン電池の製法≫
本発明のリチウムイオン電池は、本発明のリチウムイオン二次電池の電極を、正極のみ、負極のみ、又は正極と負極との両方に用い、正極と負極との間にセパレータを積層して積層体を形成し、続いて得られた積層体に電解質を注入して製造することができる。
≪Lithium-ion battery manufacturing method≫
The lithium ion battery of the present invention is a laminate in which the electrode of the lithium ion secondary battery of the present invention is used only as a positive electrode, only as a negative electrode, or as both a positive electrode and a negative electrode, and a separator is laminated between the positive electrode and the negative electrode. can be manufactured by forming a laminate and subsequently injecting an electrolyte into the resulting laminate.
以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら特定の実施形態に限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail with reference to Examples below, but the present invention is not limited to these specific embodiments.
以下、製造例、実施例及び比較例により、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。各例中の「部」は質量部、「%」は質量%を示す。 Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Production Examples, Examples, and Comparative Examples, but the present invention is not limited thereto. In each example, "part" indicates part by mass, and "%" indicates mass %.
<分散樹脂の製造>
製造例1 スルホン酸変性ポリビニルアルコール樹脂の製造
温度計、環流冷却管、窒素ガス導入管および撹拌機を備えた反応容器に、重合性モノマーとして酢酸ビニル92質量部及びアリルスルホン酸ナトリウム8.0質量部、溶媒としてメタノール、重合開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルを用いて約60度の温度で共重合反応を行った後、減圧下に未反応のモノマーを除去し、樹脂溶液を得た。次いで、水酸化ナトリウムのメタノール溶液を添加してケン化反応を行い、よく洗浄した後、熱風乾燥機で乾燥した。最終的に、重合度300、ケン化度90モル%、スルホン酸基含有モノマー単位(イオン性官能基含有モノマー単位)含有のポリビニルアルコール樹脂No.1(PVA1)を得た。
<Production of Dispersion Resin>
Production Example 1: Production of sulfonic acid modified polyvinyl alcohol resin In a reaction vessel equipped with a thermometer, a reflux condenser, a nitrogen gas inlet tube and a stirrer, 92 parts by mass of vinyl acetate and 8.0 parts by mass of sodium allylsulfonate as polymerizable monomers, methanol as a solvent, and azobisisobutyronitrile as a polymerization initiator were used to carry out a copolymerization reaction at a temperature of about 60 degrees, and unreacted monomers were removed under reduced pressure to obtain a resin solution. Next, a methanol solution of sodium hydroxide was added to carry out a saponification reaction, and the mixture was thoroughly washed and then dried with a hot air dryer. Finally, a polyvinyl alcohol resin No. 1 (PVA1) was obtained, which has a polymerization degree of 300, a saponification degree of 90 mol%, and contains a sulfonic acid group-containing monomer unit (an ionic functional group-containing monomer unit).
製造例2 スルホン酸変性ポリビニルアルコール樹脂の製造
温度計、環流冷却管、窒素ガス導入管および撹拌機を備えた反応容器に、重合性モノマーとして酢酸ビニル92質量部及びアリルスルホン酸ナトリウム2.0質量部、溶媒としてメタノール、重合開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルを用いて約60度の温度で共重合反応を行った後、減圧下に未反応のモノマーを除去し、樹脂溶液を得た。次いで、水酸化ナトリウムのメタノール溶液を添加してケン化反応を行い、よく洗浄した後、熱風乾燥機で乾燥した。最終的に、重合度300、ケン化度90モル%、スルホン酸基含有モノマー単位(イオン性官能基含有モノマー単位)含有のポリビニルアルコール樹脂No.2(PVA2)を得た。
Production Example 2: Production of sulfonic acid modified polyvinyl alcohol resin In a reaction vessel equipped with a thermometer, a reflux condenser, a nitrogen gas inlet tube and a stirrer, 92 parts by mass of vinyl acetate and 2.0 parts by mass of sodium allylsulfonate as polymerizable monomers, methanol as a solvent, and azobisisobutyronitrile as a polymerization initiator were used to carry out a copolymerization reaction at a temperature of about 60 degrees, and unreacted monomers were removed under reduced pressure to obtain a resin solution. Next, a methanol solution of sodium hydroxide was added to carry out a saponification reaction, and the mixture was thoroughly washed and then dried with a hot air dryer. Finally, a polyvinyl alcohol resin No. 2 (PVA2) was obtained, which has a polymerization degree of 300, a saponification degree of 90 mol%, and contains a sulfonic acid group-containing monomer unit (an ionic functional group-containing monomer unit).
製造例3 カルボン酸変性ポリビニルアルコール樹脂の製造
温度計、環流冷却管、窒素ガス導入管および撹拌機を備えた反応容器に、重合性モノマーとして酢酸ビニル92質量部及びアクリル酸2.0質量部、溶媒としてメタノール、重合開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルを用いて約60度の温度で共重合反応を行った後、減圧下に未反応のモノマーを除去し、樹脂溶液を得た。次いで、水酸化ナトリウムのメタノール溶液を添加してケン化反応を行い、よく洗浄した後、熱風乾燥機で乾燥した。最終的に、重合度300、ケン化度90モル%、カルボキシル基含有モノマー単位(イオン性官能基含有モノマー単位)含有のポリビニルアルコール樹脂No.3(PVA3)を得た。
Production Example 3 Production of carboxylic acid-modified polyvinyl alcohol resin In a reaction vessel equipped with a thermometer, a reflux condenser, a nitrogen gas introduction pipe, and a stirrer, 92 parts by mass of vinyl acetate and 2.0 parts by mass of acrylic acid were added as polymerizable monomers. After carrying out a copolymerization reaction at a temperature of about 60 degrees using methanol as a solvent and azobisisobutyronitrile as a polymerization initiator, unreacted monomers were removed under reduced pressure to obtain a resin solution. Next, a methanol solution of sodium hydroxide was added to perform a saponification reaction, and after thorough washing, it was dried in a hot air dryer. Finally, polyvinyl alcohol resin No. 1 with a degree of polymerization of 300, a degree of saponification of 90 mol%, and a carboxyl group-containing monomer unit (ionic functional group-containing monomer unit) was obtained. 3 (PVA3) was obtained.
製造例3 極性官能基を含まないポリビニルアルコール樹脂の製造
温度計、環流冷却管、窒素ガス導入管および撹拌機を備えた反応容器に、重合性モノマーとして酢酸ビニル、溶媒としてメタノール、重合開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルを用いて約60度の温度で共重合反応を行った後、減圧下に未反応のモノマーを除去し、樹脂溶液を得た。次いで、水酸化ナトリウムのメタノール溶液を添加してケン化反応を行い、よく洗浄した後、熱風乾燥機で乾燥した。最終的に、重合度500、ケン化度88モル%の極性官能基を含まないポリビニルアルコール樹脂No.4(PVA4)を得た。
Production Example 3 Production of polyvinyl alcohol resin containing no polar functional groups Vinyl acetate as a polymerizable monomer, methanol as a solvent, and polymerization initiator were placed in a reaction vessel equipped with a thermometer, a reflux condenser, a nitrogen gas introduction tube, and a stirrer. After carrying out a copolymerization reaction using azobisisobutyronitrile at a temperature of about 60 degrees, unreacted monomers were removed under reduced pressure to obtain a resin solution. Next, a methanol solution of sodium hydroxide was added to perform a saponification reaction, and after thorough washing, it was dried in a hot air dryer. Finally, a polyvinyl alcohol resin No. 1 containing no polar functional groups with a degree of polymerization of 500 and a degree of saponification of 88 mol% was obtained. 4 (PVA4) was obtained.
≪カーボンナノチューブ分散液の製造≫
実施例1~12、比較例1~3
表1に記載した種類及び量の分散樹脂(A)、カーボンナノチューブ(B)、及び水を混合し、分散機(エム・テクニック社製・クレアミックスCLM-2.2S)を用いて14,000rpmの速度で全体が均一になり、分散粒度(D50)が90μm以下になるまで分散を行った。続いて、高圧ホモジナイザー(吉田機械社製・ナノヴェイタ)を用いて60MPaで12パス分散後、さらに表1に記載の分散条件(パス回数)にて分散を行い、カーボンナノチューブ分散液(X-1)~(X-15)を得た。表1中の樹脂配合量は固形分の値である。
尚、パス回数とは理論処理回数を示す単位であり、以下の計算式より求められる。
1パスに必要な処理時間(h)=ペースト液量(L)÷分散機の処理速度(L/h)
パス回数(理論処理回数)=処理時間(h)÷1パスに必要な処理時間(h)
<<Manufacture of carbon nanotube dispersion>>
Examples 1 to 12, Comparative Examples 1 to 3
The types and amounts of dispersion resin (A), carbon nanotubes (B), and water listed in Table 1 were mixed, and the mixture was heated at 14,000 rpm using a dispersion machine (Clearmix CLM-2.2S manufactured by M Techniques). Dispersion was carried out at a speed of 100 to 100 μm until the whole was uniform and the dispersed particle size (D50) was 90 μm or less. Subsequently, after 12 passes of dispersion at 60 MPa using a high-pressure homogenizer (manufactured by Yoshida Kikai Co., Ltd., Nanoveita), further dispersion was performed under the dispersion conditions (number of passes) listed in Table 1 to obtain a carbon nanotube dispersion (X-1). ~(X-15) was obtained. The resin compounding amounts in Table 1 are solid content values.
Note that the number of passes is a unit indicating the number of theoretical processes, and is obtained from the following calculation formula.
Processing time required for one pass (h) = paste liquid volume (L) ÷ processing speed of disperser (L/h)
Number of passes (theoretical number of processing) = Processing time (h) ÷ Processing time required for one pass (h)
上記表1中の各原料の記号は下記の通りである。 The symbols for each raw material in Table 1 above are as follows.
[分散樹脂]
CMC1:カルボキシメチルセルロースナトリウム塩、重量平均分子量56000、エーテル化度0.7
CMC2:カルボキシメチルセルロースナトリウム塩、重量平均分子量18000、エーテル化度0.7
メチルセルロース:重量平均分子量30000、エーテル化度1.5
[カーボンナノチューブ]
SWCNT1:単層カーボンナノチューブ、比表面積1100m2/g、外径1.56nm、G/D比100
SWCNT2:単層カーボンナノチューブ、比表面積1070m2/g、外径1.3nm、G/D比87
MWCNT:多層カーボンナノチューブ、比表面積170m2/g、外径9nm、G/D比0.96
なお、カーボンナノチューブのG/D比、カーボンナノチューブ分散液のインピータンス、及びカーボンナノチューブ分散液の吸光度は、下記方法で測定した。
[Dispersion resin]
CMC1: carboxymethyl cellulose sodium salt, weight average molecular weight 56,000, degree of etherification 0.7
CMC2: carboxymethylcellulose sodium salt, weight average molecular weight 18000, degree of etherification 0.7
Methyl cellulose: weight average molecular weight 30,000, degree of etherification 1.5
[carbon nanotube]
SWCNT1: single-walled carbon nanotube, specific surface area 1100 m 2 /g, outer diameter 1.56 nm, G/
SWCNT2: single-walled carbon nanotube, specific surface area 1070 m 2 /g, outer diameter 1.3 nm, G/D ratio 87
MWCNT: multi-walled carbon nanotube, specific surface area 170 m 2 /g, outer diameter 9 nm, G/D ratio 0.96
The G/D ratio of the carbon nanotubes, the impedance of the carbon nanotube dispersion, and the absorbance of the carbon nanotube dispersion were measured by the following methods.
[カーボンナノチューブのG/D比測定]
カーボンナノチューブのラマンスペクトルは、ラマン顕微鏡(XploRA、株式会社堀場製作所社製)にカーボンナノチューブを設置し、532nmのレーザー波長を用いて測定を行った。得られたピークの内、スペクトルで1560~1600cm-1の範囲内で最大ピーク強度をG、1310~1350cm-1の範囲内で最大ピーク強度をDとした際のG/Dの比をカーボンナノチューブのG/D比とした。
[G/D ratio measurement of carbon nanotubes]
The Raman spectrum of the carbon nanotube was measured by installing the carbon nanotube in a Raman microscope (XploRA, manufactured by Horiba, Ltd.) using a laser wavelength of 532 nm. Among the obtained peaks, the maximum peak intensity in the range of 1560 to 1600 cm -1 in the spectrum is G, and the maximum peak intensity in the range of 1310 to 1350 cm -1 is D, and the ratio of G / D is carbon nanotube. The G/D ratio was set to
[カーボンナノチューブ分散液のインピーダンス測定]
(測定セルの準備)
表面が金メッキ処理された厚さ0.3mmの銅板を対向させ、電極間距離9mmの2極式の電極を用いた。電極の大きさは100mm2とした。20mlの円筒状容器に、実施例及び比較例で得られた各カーボンナノチューブ分散液を15ml充填し、電極がペーストに完全に埋没するよう挿入した。
(インピーダンス測定)
実施例及び比較例で得られた各カーボンナノチューブ分散液に、25℃で、インピーダンスアナライザ(Keysight社製、商品名「4294A」)を用いて、ピーク間電圧が0.1Vの正弦交流電圧を印加し、周波数を100Hz~100MHzの間で掃引しながら500点、複素インピーダンスと位相差を測定した。得られたデータから、縦軸にリアクタンス、横軸に周波数をプロットしてBodeプロットを作成した。
次いで、リアクタンスの極小値(実施例及び比較例では、極小値は全て1点であった)を確認し、周波数1kHzにおけるリアクタンスとの倍率を下記式により計算した。
1kHzとの倍率=[リアクタンスの極小値]÷[周波数1kHzにおけるリアクタンス]
[Impedance measurement of carbon nanotube dispersion]
(Preparation of measurement cell)
Copper plates with a thickness of 0.3 mm whose surfaces were gold-plated were placed opposite each other, and bipolar electrodes with a distance between the electrodes of 9 mm were used. The size of the electrode was 100 mm2 . A 20 ml cylindrical container was filled with 15 ml of each carbon nanotube dispersion obtained in Examples and Comparative Examples, and the electrodes were inserted so as to be completely buried in the paste.
(impedance measurement)
A sinusoidal AC voltage with a peak-to-peak voltage of 0.1 V was applied to each of the carbon nanotube dispersions obtained in Examples and Comparative Examples at 25° C. using an impedance analyzer (manufactured by Keysight, trade name “4294A”). Then, the complex impedance and phase difference were measured at 500 points while sweeping the frequency between 100 Hz and 100 MHz. From the obtained data, a Bode plot was created by plotting reactance on the vertical axis and frequency on the horizontal axis.
Next, the minimum value of reactance (in Examples and Comparative Examples, all minimum values were at one point) was confirmed, and the magnification of the reactance at a frequency of 1 kHz was calculated using the following formula.
Multiplication factor with 1kHz = [Minimum value of reactance] ÷ [Reactance at frequency 1kHz]
[カーボンナノチューブ分散液の吸光度測定]
カーボンナノチューブ分散液を脱イオン水で希釈してCNT濃度0.001質量%に調製し均一になるまで攪拌した。次いで試料をセルに充填し、U-1900(商品名、分光光度計、株式会社日立ハイテクノロジーズ社製)を用いて波長(268nm)の吸光度を計測した。
[Absorbance measurement of carbon nanotube dispersion]
The carbon nanotube dispersion was diluted with deionized water to give a CNT concentration of 0.001% by mass, and stirred until uniform. Next, the sample was filled into a cell, and the absorbance at a wavelength (268 nm) was measured using U-1900 (trade name, spectrophotometer, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation).
<評価試験>
上記の製造方法で作成されたカーボンナノチューブ分散液について、下記評価方法によって評価試験を行った。評価試験の結果は、上記表1に記載する。本発明においては、評価試験における全項目の性能に優れていることが重要であり、いずれか1つに不合格の評価がある場合、そのカーボンナノチューブ分散液は不合格となる。
<Evaluation test>
The carbon nanotube dispersion produced by the above-mentioned manufacturing method was subjected to an evaluation test by the following evaluation method. The results of the evaluation test are shown in Table 1. In the present invention, it is important that the performance is excellent in all items in the evaluation test, and if any one of them is rated as failing, the carbon nanotube dispersion is deemed to have failed.
[平均粒子径(D50)]
得られたカーボンナノチューブ分散液について、水で測定濃度に希釈及び攪拌し、レーザー回折散乱法を用いた粒子径分布測定装置(マイクロトラック・ベル社製、製品名:マイクロトラックMT3000)で体積基準の粒度分布測定を行い、平均粒子径(D50)を算出した。下記基準により評価した。平均粒子径(D50)は基本的に小さいほど好ましく、A、Bを合格、Cを不合格とする。
A(非常に良好):平均粒子径(D50)が、4μm未満である。
B(良好):平均粒子径(D50)が、4μm以上、かつ7μm未満である。
C(劣る):平均粒子径(D50)が、7μm以上である。
[Average particle diameter (D50)]
The obtained carbon nanotube dispersion was diluted with water to a measured concentration, stirred, and measured on a volume basis using a particle size distribution measuring device using a laser diffraction scattering method (manufactured by Microtrac Bell, product name: Microtrac MT3000). Particle size distribution was measured and the average particle diameter (D50) was calculated. Evaluation was made according to the following criteria. Basically, the smaller the average particle diameter (D50) is, the more preferable it is, and A and B are considered to be passed, and C is considered to be rejected.
A (very good): The average particle diameter (D50) is less than 4 μm.
B (good): The average particle diameter (D50) is 4 μm or more and less than 7 μm.
C (poor): Average particle diameter (D50) is 7 μm or more.
[初期粘度(分散性)]
得られたカーボンナノチューブ分散液について、コーン&プレート型粘度計(HAAKE社製、商品名:Mars2、直径35mm、2°傾斜のコーン&プレート)を用い、せん断速度5.0sec-1で初期粘度を測定し、下記基準により評価した。同じ濃度の粘度は低いほど好ましく、A、Bを合格、Cを不合格とする。なお、測定に用いたカーボンナノチューブ分散液は、カーボンナノチューブ分散液を製造した直後から60分以内のものを使用した。
A(非常に良好):初期粘度が、12Pa・s未満である。
B(良好):初期粘度が、12Pa・s以上、かつ15Pa・s未満である。
C(劣る):初期粘度が、15Pa・s以上である。
[Initial viscosity (dispersibility)]
The initial viscosity of the obtained carbon nanotube dispersion was measured at a shear rate of 5.0 sec -1 using a cone and plate viscometer (manufactured by HAAKE, product name: Mars2, diameter 35 mm, cone and plate inclined at 2°) and evaluated according to the following criteria. The lower the viscosity at the same concentration, the better, with A and B being pass and C being fail. The carbon nanotube dispersion used for the measurement was one that had been produced within 60 minutes.
A (very good): The initial viscosity is less than 12 Pa·s.
B (Good): The initial viscosity is 12 Pa·s or more and less than 15 Pa·s.
C (poor): The initial viscosity is 15 Pa·s or more.
≪電極活物質を含有するリチウムイオン電池電極用カーボンナノチューブ分散液及び電極層の製造
実施例Y1~Y12、比較例Y1~Y3(CNT分散液)
実施例Z1~Z12、比較例Z1~Z3(電極層)
電極活物質〔(組成式LiFePO4で表されるオリビン構造のリン酸鉄リチウム粒子(平均粒径1.3μm、BET比表面積12.0m2/g)〕59.1部とSBR(スチレンブタジエンゴム、JSR社製、商品名 TRD102A、固形分48.5wt%)1.8部とをミキサーで混合し、次いで実施例1~12及び比較例1~3で得られたカーボンナノチューブ分散液10部、及び水50部をそれぞれ混合して電極活物質を含有するリチウムイオン電池電極用カーボンナノチューブ分散液(実施例Y1~Y12、比較例Y1~Y3)を製造した。
続いて、厚さ100μmのOHPフィルム(PPC/レーザー用PETフィルム、富士フイルムビジネスイノベーション社製)上にアプリケーターを用いて塗布し、これを80度で乾燥させてリチウムイオン電池の電極層(正極層)を得た。(実施例Z1~Z12、比較例Z1~Z3)
≪Production of carbon nanotube dispersion and electrode layer for lithium ion battery electrode containing electrode active material Examples Y1 to Y12, Comparative Examples Y1 to Y3 (CNT dispersion)
Examples Z1 to Z12, Comparative Examples Z1 to Z3 (electrode layer)
59.1 parts of electrode active material [lithium iron phosphate particles with an olivine structure represented by the composition formula LiFePO4 (average particle size 1.3 μm, BET specific surface area 12.0 m 2 /g)] and SBR (styrene butadiene rubber) , manufactured by JSR Corporation, trade name TRD102A, solid content 48.5 wt%) in a mixer, and then 10 parts of the carbon nanotube dispersions obtained in Examples 1 to 12 and Comparative Examples 1 to 3, and 50 parts of water to prepare carbon nanotube dispersions for lithium ion battery electrodes containing electrode active materials (Examples Y1 to Y12, Comparative Examples Y1 to Y3).
Next, it was applied onto an OHP film (PPC/laser PET film, manufactured by Fujifilm Business Innovation Co., Ltd.) with a thickness of 100 μm using an applicator, and dried at 80 degrees to form the electrode layer (positive electrode layer) of a lithium-ion battery. ) was obtained. (Examples Z1 to Z12, Comparative Examples Z1 to Z3)
[体積抵抗率]
得られた電極層(実施例Z1~Z12、比較例Z1~Z3)について膜厚を測定した後、ASPプローブ(株式会社三菱化学アナリテック製、商品名「MCP-TP03P」)を用いて、抵抗率計(株式会社三菱化学アナリテック製、商品名「Loresta-GP MCP-T610」)で抵抗値を測定し、得られた抵抗値に抵抗率補正係数(RCF)4.532及び塗膜の膜厚を乗じて体積抵抗率を算出した。体積抵抗率は下記基準により評価した。体積抵抗率は低いほど好ましく、A、Bを合格、Cを不合格とする。
A(非常に良好):体積抵抗率が、10Ω・cm未満である。
B(良好):体積抵抗率が、10Ω・cm以上、かつ12Ω・cm未満である。
C(劣る):体積抵抗率が、12Ω・cm以上である。
[Volume resistivity]
After measuring the film thickness of the obtained electrode layers (Examples Z1 to Z12, Comparative Examples Z1 to Z3), the resistance was The resistance value was measured with a resistivity meter (manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd., product name "Loresta-GP MCP-T610"), and the resistance correction factor (RCF) of 4.532 and the coating film were added to the obtained resistance value. The volume resistivity was calculated by multiplying by the thickness. Volume resistivity was evaluated according to the following criteria. The lower the volume resistivity is, the more preferable it is, and A and B are passed, and C is rejected.
A (very good): Volume resistivity is less than 10 Ω·cm.
B (good): Volume resistivity is 10 Ω·cm or more and less than 12 Ω·cm.
C (poor): Volume resistivity is 12 Ω·cm or more.
本発明によれば、分散樹脂の配合量が比較的少なくても塗布しやすい粘度を有するリチウムイオン電池電極用カーボンナノチューブ分散液を提供するができる。 According to the present invention, it is possible to provide a carbon nanotube dispersion for lithium ion battery electrodes that has a viscosity that makes it easy to apply even if the amount of dispersion resin blended is relatively small.
10 カーボンナノチューブ(B)の一次粒子
30 カーボンナノチューブ(B)の一次粒子の凝集体
100 リチウムイオン電池用電極
100a リチウムイオン電池用正極
100b リチウムイオン電池用負極
101 金属集電体
101a 金属集電体(正極)
101b 金属集電体(負極)
102 リチウムイオン電池用電極層
102a リチウムイオン電池用電極層(正極)
102b リチウムイオン電池用電極層(負極)
103 セパレータ
200 リチウムイオン電池
10 Primary particles of carbon nanotubes (B) 30 Aggregates of primary particles of carbon nanotubes (B) 100 Lithium
101b Metal current collector (negative electrode)
102 Lithium ion
102b Lithium ion battery electrode layer (negative electrode)
Claims (11)
前記極性官能基含有樹脂(a)がイオン性ポリビニルアルコール樹脂(a1)を含み、
前記イオン性ポリビニルアルコール樹脂(a1)が、スルホン酸変性ポリビニルアルコール樹脂(a1-1)であって、該スルホン酸変性ポリビニルアルコール樹脂(a1-1)におけるスルホン酸基を有するモノマー単位の含有割合が、前記イオン性ポリビニルアルコール樹脂(a1)を構成するモノマー単位の総質量に対し、0.1~30質量%であり、前記スルホン酸変性ポリビニルアルコール樹脂(a1-1)のケン化度が90~99.9%であることを特徴とするリチウムイオン電池電極用カーボンナノチューブ分散液。 A carbon nanotube dispersion liquid containing a dispersion resin (A), a carbon nanotube (B), and water, the dispersion resin (A) containing a polar functional group-containing resin (a),
The polar functional group-containing resin (a) contains an ionic polyvinyl alcohol resin (a1),
The ionic polyvinyl alcohol resin (a1) is a sulfonic acid-modified polyvinyl alcohol resin (a1-1), and the content ratio of monomer units having a sulfonic acid group in the sulfonic acid-modified polyvinyl alcohol resin (a1-1) is , 0.1 to 30% by mass based on the total mass of monomer units constituting the ionic polyvinyl alcohol resin (a1), and the degree of saponification of the sulfonic acid-modified polyvinyl alcohol resin (a1-1) is 90 to 90%. 99.9% carbon nanotube dispersion for lithium ion battery electrodes.
インピーダンス測定により得られる、縦軸にリアクタンス、横軸に周波数をプロットしたBodeプロットにおいて、周波数170~600kHzの範囲にリアクタンスの極小値が存在し、周波数170~600kHzの範囲に存在する前記リアクタンスの最小値が、周波数1kHzにおけるリアクタンスの値の1.8倍以上である、請求項1に記載のリチウムイオン電池電極用カーボンナノチューブ分散液。 the carbon nanotubes (B) have a BET specific surface area of 50 to 1800 m 2 /g, and in a Raman spectrum of the carbon nanotubes (B), a G/D ratio is 70 to 130, where G is the maximum peak intensity in the range of 1560 to 1600 cm −1 and D is the maximum peak intensity in the range of 1310 to 1350 cm −1;
2. The carbon nanotube dispersion for a lithium ion battery electrode according to claim 1, wherein in a Bode plot obtained by impedance measurement, in which reactance is plotted on the vertical axis and frequency is plotted on the horizontal axis, a minimum value of reactance exists in a frequency range of 170 to 600 kHz, and the minimum value of reactance existing in the frequency range of 170 to 600 kHz is 1.8 times or more the reactance value at a frequency of 1 kHz.
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JP2004090335A (en) | 2002-08-30 | 2004-03-25 | Fuji Photo Film Co Ltd | Original plate for lithographic printing plate and platemaking printing method |
JP2016028109A (en) | 2012-11-13 | 2016-02-25 | 保土谷化学工業株式会社 | Water dispersion of carboxymethylcellulose sodium containing multilayer carbon nanotube |
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004090335A (en) | 2002-08-30 | 2004-03-25 | Fuji Photo Film Co Ltd | Original plate for lithographic printing plate and platemaking printing method |
JP2016028109A (en) | 2012-11-13 | 2016-02-25 | 保土谷化学工業株式会社 | Water dispersion of carboxymethylcellulose sodium containing multilayer carbon nanotube |
JP2018127397A (en) | 2018-02-19 | 2018-08-16 | 戸田工業株式会社 | Carbon nanotube dispersion and nonaqueous electrolyte secondary battery |
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